أول عالم في CERN ، معاينة الحملة البحثية القادمة لمدة 3 سنوات.
حقق فريق التجارب البحثية الدولية المتقدمة ، بقيادة فيزيائيين من جامعة كاليفورنيا في إيرفين ، أول اكتشاف على الإطلاق للنيوترينوات المرشحة التي أنتجها مصادم هادرون الكبير في سيرن منشأة بالقرب من جنيف ، سويسرا.
في مقال نشر في المجلة بتاريخ 24 نوفمبر 2021 الفحص البدني د، يصف الباحثون كيف لاحظوا ستة تفاعلات نيوترينو خلال اختبار تجريبي لكاشف مستحلب مضغوط تم تركيبه في LHC في عام 2018.
قال المؤلف المشارك جوناثان فينج ، الأستاذ الفخري للفيزياء وعلم الفلك في UCI والرئيس المشارك لتعاون FASER: “قبل هذا المشروع ، لم يتم ملاحظة أي علامة على وجود نيوترينوات في مصادم الجسيمات”. “هذا الاختراق الهام هو خطوة نحو تطوير فهم أعمق لهذه الجسيمات المراوغة والدور الذي تلعبه في الكون.”
وقال إن الاكتشاف الذي تم خلال الطيار أعطى فريقه معلومتين مهمتين.
تم تزويد كاشف الجسيمات FASER ، الذي حصل على موافقة المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) للتركيب في مصادم الهادرونات الكبير في عام 2019 ، مؤخرًا بأداة للكشف عن النيوترينوات. استخدم فريق FASER بقيادة UCI كاشفًا أصغر من نفس النوع في عام 2018 لإجراء الملاحظات الأولى للجسيمات المراوغة المتولدة في المصادم. قال الباحثون إن الأداة الجديدة ستكون قادرة على اكتشاف آلاف تفاعلات النيوترينو على مدى السنوات الثلاث المقبلة. مصدر الصورة: CERN
قال فنغ: “أولاً ، تحقق من أن الموقع الذي يسبق نقطة تفاعل ATLAS في LHC هو الموقع الصحيح لاكتشاف نيوترينوات المصادم”. “ثانيًا ، أظهرت جهودنا فعالية استخدام كاشف المستحلب لمراقبة هذا النوع من تفاعلات النيوترينو.”
تتكون الأداة التجريبية من ألواح الرصاص والتنغستن بالتناوب مع طبقات من المستحلب. في تصادم الجسيمات المصادم LHC ، أنتجت بعض النيوترينوات تفككًا في نوى معادن كثيفة ، مكونة جزيئات تمر عبر طبقات المستحلب وتخلق علامات يمكن رؤيتها بعد المعالجة. توفر هذه النقوش أدلة حول طاقات الجسيمات ونكهاتها – تاو أو الميون أو الإلكترون – وما إذا كانت نيوترينوات أو مضادات النيترينوهات.
وفقًا لفنغ ، يعمل المستحلب بطريقة مشابهة للتصوير الفوتوغرافي في عصر الكاميرا الرقمية. عندما يتعرض فيلم 35 ملم للضوء ، تترك الفوتونات آثارًا تظهر على شكل أنماط مع تطور الفيلم. تمكن باحثو FASER أيضًا من ملاحظة تفاعلات النيوترينو بعد إزالة طبقات المستحلب وتطويرها من الكاشف.
قال فنغ: “بعد التحقق من فعالية نهج كاشف المستحلب لمراقبة تفاعلات النيوترينوات الناتجة في مصادم الجسيمات ، يقوم فريق FASER الآن بإعداد مجموعة جديدة من التجارب بأداة كاملة أكبر وأكبر بكثير. أكثر حساسية”.
تقع تجربة FASER على بعد 480 مترًا من نقطة تفاعل أطلس في مصادم هادرون الكبير. وفقًا لجوناثان فينج ، الأستاذ الفخري للفيزياء وعلم الفلك في UCI والرئيس المشارك لتعاون FASER ، يعد هذا موقعًا جيدًا لاكتشاف النيوترينوات الناتجة عن اصطدام الجسيمات في المنشأة. مصدر الصورة: CERN
منذ عام 2019 ، كان هو وزملاؤه يستعدون لإجراء تجربة باستخدام أدوات FASER لدراسة المادة المظلمة في LHC. إنهم يأملون في اكتشاف الفوتونات المظلمة ، مما يمنح الباحثين لمحة أولية عن كيفية تفاعل المادة المظلمة مع الذرات العادية والمواد الأخرى في الكون من خلال قوى غير جاذبية.
بناءً على نجاح عملهم على النيوترينوات في السنوات الأخيرة ، فإن فريق FASER – المكون من 76 فيزيائيًا من 21 مؤسسة في 9 دول – يجمع بين كاشف مستحلب جديد وجهاز FASER. بينما يزن الكاشف التجريبي حوالي 64 رطلاً ، فإن أداة FASERnu ستزن أكثر من 2400 رطل ، وستكون أكثر استجابة وقادرة على التمييز بين أنواع النيوترينوات المختلفة.
قال ديفيد كاسبر ، مؤلف مشارك في مشروع FASER: “نظرًا لقوة كاشفنا الجديد وموقعه الرئيسي في CERN ، نتوقع أن نكون قادرين على تسجيل أكثر من 10000 تفاعل نيوترينو في دورة LHC التالية ، بدءًا من عام 2022”. -قائد وأستاذ مشارك للفيزياء وعلم الفلك في UCI. “سنكتشف النيوترينوات الأكثر نشاطًا التي تم إنتاجها من مصدر اصطناعي على الإطلاق.”
وقال إن ما يجعل FASERnu فريدًا هو أنه على الرغم من أن التجارب الأخرى قد تكون ميزت نوعًا أو نوعين من النيوترينوات ، إلا أنه سيكون قادرًا على مراقبة جميع النكهات الثلاثة بالإضافة إلى نظائرها من مضادات النوترينو. قال كاسبر إنه لم يكن هناك سوى اثني عشر مشاهدة لنيوترينو تاو في كل تاريخ البشرية ، لكنه يتوقع أن يضاعف فريقه هذا الرقم مرتين أو ثلاثة في السنوات الثلاث المقبلة.
قال فنغ: “إنها صلة رائعة بشكل لا يصدق بتقاليد قسم الفيزياء هنا في UCI” ، “لأنها تستمر مع إرث فريدريك رينز ، عضو هيئة التدريس المؤسس في UCI الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء لكونه أول من اكتشف النيوترينوات.
قال كاسبر: “لقد أنتجنا تجربة على مستوى عالمي في أول مختبر لفيزياء الجسيمات في العالم في وقت قياسي وبمصادر غير تقليدية للغاية”. “نحن مدينون بامتنان كبير لمؤسسة Heising-Simons ومؤسسة Simons ، بالإضافة إلى الجمعية اليابانية لتعزيز العلوم و CERN ، الذين دعمونا بسخاء. “
المرجع: “المرشحين الأوائل لتفاعل النيوترينو في LHC” بواسطة Henso Abreu et al. (تعاون FASER) ، 24 نوفمبر 2021 ، الفحص البدني د.
DOI: 10.1103 / PhysRevD.104.L091101
سافانا شيفلي وجيسون أراكاوا ، دكتوراه UCI. ساهم طلاب الفيزياء وعلم الفلك أيضًا في المقالة.
