I fisici scoprono per la prima volta sconcertanti «particelle fantasma» all’LHC

Un importante passo avanti nella fisica delle particelle è stato raggiunto al Large Hadron Collider (LHC).

filtro per la prima volta neutrini Sono stati scoperti, non solo nell’LHC, ma in Quale Collider di particelle.

Le sei interazioni dei neutrini, scoperte utilizzando il rivelatore FASERnu Sub-Nutrino, non solo dimostrano la fattibilità della tecnologia, ma aprono una nuova strada per lo studio di queste misteriose particelle, specialmente alle alte energie.

«Prima di questo progetto, non c’era alcun segno di neutrini nel collisore di particelle», ha detto. Il fisico Jonathan Feng ha detto: dell’Università della California, Irvine, co-presidente della Collaborazione FASER.

«Questo importante passo avanti è un passo verso lo sviluppo di una comprensione più profonda di queste particelle sfuggenti e del ruolo che svolgono nell’universo».

In effetti, i neutrini si trovano ovunque. È una delle particelle subatomiche più abbondanti nell’universo. Ma non porta alcuna carica e ha una massa quasi nulla, quindi anche se scorre nell’universo quasi alla velocità della luce, difficilmente interagisce con esso. Miliardi di cose stanno fluendo attraverso di te in questo momento. Per il neutrino, il resto dell’universo è essenzialmente immateriale; Per questo motivo sono anche conosciute come particelle fantasma.

Anche se raramente interagiscono, questo non è mai lo stesso. Rivelatori come cubetto di ghiaccio in Antartide, Super Kamiokande in Giappone e mini pong Al Fermilab, in Illinois, ha utilizzato array di fotorivelatori sensibili progettati per catturare le piogge di luce che appaiono quando i neutrini interagiscono con altre particelle in un ambiente completamente buio, ad esempio.

Ma per molto tempo, gli scienziati volevano anche studiare i neutrini prodotti nelle collisioni di particelle. Questo perché i neutrini di Collider, che derivano principalmente dal decadimento degli adroni, sono prodotti a energie molto elevate, che non sono ben studiate. Il rilevamento del neutrino del collisore fornisce l’accesso a energie e tipi di neutrini raramente visti altrove.

FASERnu è ciò che è noto come file Reagente emulsionante. Piastre di piombo e tungsteno si alternano a strati di emulsione: durante gli esperimenti sulle particelle nell’LHC, i neutrini possono scontrarsi con i nuclei delle piastre di piombo e tungsteno, dando luogo a particelle che lasciano tracce negli strati dell’emulsione, proprio come le radiazioni ionizzanti creano percorsi in un stanza delle nuvole.

I dipinti devono essere sviluppati come una pellicola fotografica. Quindi, i fisici potrebbero analizzare le traiettorie delle particelle per vedere cosa le ha prodotte; Che si tratti di un neutrino, allora qual è il «sapore» o il tipo di un neutrino. Ci sono tre tipi di neutrini – elettrone, muone e tau – così come le loro controparti antineutrini.

Nella corsa sperimentale FASERnu eseguita nel 2018, sono state registrate sei interazioni di neutrini candidati negli strati di emulsione. Questo potrebbe non sembrare molto, considerando il numero di particelle prodotte durante il funzionamento del Large Hadron Collider, ma ha fornito alla collaborazione due importanti informazioni.

«In primo luogo, verifica che la posizione in avanti del punto di interazione ATLAS nell’LHC sia la posizione corretta per rilevare i neutrini del collisore», Feng ha detto. «In secondo luogo, i nostri sforzi hanno dimostrato l’efficacia dell’utilizzo di un rilevatore di emulsioni per monitorare questi tipi di interazioni di neutrini».

Il rivelatore sperimentale era un dispositivo relativamente piccolo, a circa 29 chilogrammi (64 libbre). Il team sta attualmente lavorando alla versione completa, circa 1.100 chilogrammi (oltre 2.400 libbre). Questo strumento sarebbe significativamente più sensibile e consentirebbe ai ricercatori di differenziare i sapori dei neutrini dalle loro controparti antineutrini.

Prevedono che il terzo ciclo di osservazione di LHC produrrà 200 miliardi di neutrini elettronici, 6 trilioni di neutrini muonici, 9 miliardi di neutrini tau e i loro antineutrini. Dal momento che abbiamo rilevato solo circa 10 neutrini tau, in totale, finora, questo sarebbe un problema piuttosto grosso.

La cooperativa guarda anche a prede più sfuggenti. Hanno grandi speranze di rivelare fotoni oscuri, che è attualmente ipotetico, ma può aiutare a rivelare la natura di materia oscuraLa massa misteriosa e non rilevabile che costituisce la maggior parte della materia nell’universo.

Ma le scoperte dei neutrini da sole sono un passo avanti molto entusiasmante per la nostra comprensione dei componenti fondamentali dell’universo.

«Data la potenza del nostro nuovo rivelatore e la sua posizione principale al CERN, prevediamo di essere in grado di registrare più di 10.000 interazioni di neutrini nel prossimo round di LHC, a partire dal 2022», Il fisico e astronomo David Kasper ha detto: dell’Università della California, Irvine, co-presidente del progetto FASER.

«Scopriremo i neutrini a più alta energia che sono stati prodotti da una fonte artificiale».

La ricerca del team è stata pubblicata in revisione fisica d.