Per la prima volta in assoluto, i fisici hanno rilevato segni di neutrini al Large Hadron Collider

Teach First al CERN Facility Anteprima per la prossima campagna di ricerca di 3 anni.

Il team internazionale Forward Search Experiment, guidato dai fisici dell’Università della California, Irvine, ha effettuato il primo rilevamento in assoluto di un neutrino candidato prodotto dal Large Hadron Collider a CERN Struttura vicino a Ginevra, Svizzera.

In un articolo di ricerca pubblicato sulla rivista il 24 novembre 2021 revisione fisica dNel 2018, i ricercatori descrivono come hanno osservato sei interazioni di neutrini durante una corsa sperimentale di un rivelatore di emulsioni pressurizzate installato presso l’LHC nel 2018.

«Prima di questo progetto, non c’era alcun segno di neutrini nel collisore di particelle», ha detto il coautore Jonathan Feng, Distinguished Professor di Fisica e Astronomia all’UCI e co-leader della FASER Collaboration. «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».

Ha detto che la scoperta fatta durante il pilota ha dato alla sua squadra due importanti informazioni.

Il rivelatore di particelle FASER approvato dal CERN che sarà installato al Large Hadron Collider nel 2019 è stato recentemente potenziato con un rivelatore di neutrini. Il team FASER guidato dall’UCI ha utilizzato un rivelatore più piccolo dello stesso tipo nel 2018 per effettuare le prime osservazioni delle particelle sfuggenti generate nel collisore. I ricercatori hanno affermato che il nuovo strumento sarà in grado di rilevare migliaia di interazioni di neutrini nei prossimi tre anni. Fonte immagine: CERN

«In primo luogo, verificare che la posizione in avanti del punto di interazione ATLAS nell’LHC sia la posizione corretta per rilevare i neutrini del collisore», ha detto Feng. «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».

Lo strumento sperimentale era composto da lastre di piombo e tungsteno alternate a strati di emulsione. Durante le collisioni di particelle nell’LHC, alcuni neutrini hanno causato la rottura dei nuclei metallici densi, creando particelle che viaggiano attraverso gli strati dell’emulsione e creano segni visibili dopo l’elaborazione. Queste iscrizioni forniscono indizi sulle energie e sui sapori della particella – tau, muone o elettrone – e se sono neutrini o antineutrini.

Secondo Feng, l’emulsione funziona in modo simile alla fotografia nell’era della fotocamera pre-digitale. Quando la pellicola da 35 mm è esposta alla luce, i fotoni lasciano delle scie che appaiono come modelli durante lo sviluppo della pellicola. I ricercatori FASER sono stati anche in grado di vedere le interazioni dei neutrini dopo che gli strati di emulsione nel rivelatore sono stati rimossi e sviluppati.

«Dopo aver verificato l’efficacia dell’approccio del rivelatore di emulsione nell’osservare le interazioni dei neutrini generati dal collisore di particelle, il team FASER sta ora allestendo una nuova serie di esperimenti con uno strumento completo che è molto più grande e significativamente più sensibile», ha affermato Feng .

L’esperimento FASER si trova a 480 metri dal punto di interazione Atlas al Large Hadron Collider. Secondo Jonathan Feng, illustre professore di fisica e astronomia dell’UCI e co-leader della collaborazione FASER, questo è un buon sito per rilevare i neutrini dalle collisioni di particelle presso la struttura. Fonte immagine: CERN

Dal 2019, lui e i suoi colleghi si stanno preparando a condurre un esperimento utilizzando gli strumenti FASER per esaminare la materia oscura dell’LHC. Sperano di scoprire i fotoni oscuri, che daranno ai ricercatori un primo sguardo su come la materia oscura interagisce con gli atomi naturali e altra materia nell’universo attraverso forze diverse dalla gravità.

Con il successo del loro lavoro sui neutrini negli ultimi anni, il team FASER – composto da 76 fisici provenienti da 21 istituzioni in 9 paesi – sta combinando un nuovo rilevatore di emulsioni con lo strumento FASER. Mentre il rivelatore sperimentale pesa circa 64 libbre, lo strumento FASERnu sarà più di 2.400 libbre e sarà più reattivo e in grado di distinguere tra i tipi di neutrini.

ha affermato il coautore David Kasper, co-progetto FASER-leader e professore associato di fisica e astronomia all’UCI. «Scopriremo i neutrini a più alta energia che sono stati prodotti da una fonte artificiale».

Ciò che rende unico FASERnu, ha detto, è che mentre altri esperimenti sono stati in grado di distinguere tra uno o due tipi di neutrini, saranno in grado di osservare tutti e tre i sapori così come le loro controparti antineutrini. Casper ha detto che ci sono state solo circa 10 osservazioni di neutrini tau in tutta la storia umana, ma si aspetta che il suo team sarà in grado di raddoppiare o triplicare quel numero entro i prossimi tre anni.

«Questa è una connessione incredibilmente affascinante con la tradizione nel dipartimento di fisica qui all’UCI», ha detto Feng, mentre continua l’eredità di Frederick Raines, un membro fondatore della facoltà dell’UCI che ha vinto il Premio Nobel per la fisica per essere stato il primo a scoprire neutrini. «

«Abbiamo prodotto un esperimento di livello mondiale presso il laboratorio di fisica delle particelle più importante del mondo in tempi record e con risorse molto non convenzionali», ha affermato Casper. «Abbiamo un enorme debito di gratitudine verso la Fondazione Heising-Simons e la Fondazione Simons, nonché la Società giapponese per la promozione della scienza e il CERN, che ci hanno generosamente sostenuto».

Riferimento: «I primi candidati per l’interazione del neutrino nell’LHC» di Henso Abreu et al. (Collaborazione FASER), 24 novembre 2021, disponibile qui. revisione fisica d.
DOI: 10.1103/ PhysRevD.104.L091101

Savannah Shivley e Jason Arakawa, Ph.D. dell’UCLA. Alla ricerca hanno contribuito anche studenti di fisica e astronomia.