يكتشف الفيزيائيون علامات النيوترينوات في مصادم الهادرونات الكبير

L’équipe internationale d’expérimentation de recherche avancée, dirigée par des physiciens de l’Université de Californie à Irvine, a réalisé la toute première détection de candidats neutrinos produits par le Grand collisionneur de hadrons dans l’installation du CERN près de Genève, في سويسرا.

في مقال نشر اليوم في المجلة 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.

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 هذه الأنواع 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.

“بعد التحقق من فعالية نهج كاشف المستحلب لمراقبة تفاعلات النيوترينوات المنتجة عند أ مصادم الجسيمات، يقوم فريق FASER حاليًا بإعداد مجموعة جديدة من التجارب باستخدام أداة كاملة أكبر بكثير وأكثر حساسية “، قال Feng.

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 حدوث ذلك مادة سوداء يتفاعل مع الذرات العادية والمواد الأخرى في الكون من خلال قوى غير الجاذبية.

بناءً على نجاح عملهم على النيوترينوات في السنوات الأخيرة ، فإن فريق FASER ، المكون من 76 فيزيائيًا من 21 مؤسسة في تسعة بلدان ، يجمع بين جديد مستحلب كاشف مع جهاز 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 المؤلف المشارك ديفيد كاسبر ، المؤلف المشارك لـ مشروع FASER. -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.”

سافانا شيفلي وجيسون أراكاوا ، دكتوراه UCI. ساهم طلاب الفيزياء وعلم الفلك أيضًا في المقالة.