Fisikawan menemukan ‘partikel hantu’ yang membingungkan di LHC untuk pertama kalinya

Sebuah terobosan besar dalam fisika partikel telah dicapai di Large Hadron Collider (LHC).

filter pertama kali neutrino Mereka ditemukan, tidak hanya di LHC, tetapi di Yang Collider Partikel.

Enam interaksi neutrino, ditemukan menggunakan FASERnu Sub-Nutrino Detector, tidak hanya membuktikan kelayakan teknologi, tetapi membuka jalan baru untuk mempelajari partikel misterius ini, terutama pada energi tinggi.

“Sebelum proyek ini, tidak ada tanda-tanda neutrino dalam penumbuk partikel,” katanya. Fisikawan Jonathan Feng berkata: dari University of California, Irvine, ketua bersama dari Kolaborasi FASER.

“Terobosan penting ini adalah langkah menuju pengembangan pemahaman yang lebih dalam tentang partikel yang sulit dipahami ini dan peran yang mereka mainkan di alam semesta.”

Faktanya, neutrino ditemukan di mana-mana. Ini adalah salah satu partikel subatomik paling melimpah di alam semesta. Tetapi ia tidak membawa muatan apa pun dan memiliki massa yang hampir nol, jadi meskipun ia mengalir melalui alam semesta dengan kecepatan hampir cahaya, ia hampir tidak berinteraksi dengannya sama sekali. Miliaran hal mengalir melalui Anda sekarang. Untuk neutrino, sisa alam semesta pada dasarnya tidak material; Untuk alasan ini mereka juga dikenal sebagai partikel hantu.

Meskipun mereka jarang berinteraksi, ini tidak pernah sama. Detektor seperti es batu di Antartika, Super Kamiokande di Jepang dan mini pong Di Fermilab di Illinois, ia menggunakan susunan fotodetektor sensitif yang dirancang untuk menangkap hujan cahaya yang muncul ketika neutrino berinteraksi dengan partikel lain di lingkungan yang benar-benar gelap, misalnya.

Tetapi untuk waktu yang lama, para ilmuwan juga ingin mempelajari neutrino yang dihasilkan dalam tumbukan partikel. Itu karena neutrino Collider, yang muncul terutama dari peluruhan hadron, diproduksi pada energi yang sangat tinggi, yang tidak dipelajari dengan baik. Deteksi neutrino Collider menyediakan akses ke energi dan jenis neutrino yang jarang terlihat di tempat lain.

FASERnu adalah apa yang dikenal sebagai file Reagen pengemulsi. Pelat timbal dan tungsten bergantian dengan lapisan emulsi: Selama percobaan partikel di LHC, neutrino dapat bertabrakan dengan inti di pelat timbal dan tungsten, menghasilkan partikel yang meninggalkan jejak di lapisan emulsi, seperti cara radiasi pengion membuat jalur di A ruang awan.

Lukisan perlu dikembangkan seperti film fotografi. Kemudian, fisikawan dapat menganalisis lintasan partikel untuk melihat apa yang menghasilkannya; Apakah itu neutrino, lalu apa “rasa” atau jenis neutrino itu. Ada tiga rasa neutrino – elektron, muon, dan tau – serta rekan antineutrino mereka.

Dalam uji coba FASERnu yang dilakukan pada tahun 2018, tercatat enam kandidat interaksi neutrino dalam lapisan emulsi. Ini mungkin kedengarannya tidak banyak, mengingat jumlah partikel yang dihasilkan selama operasi di Large Hadron Collider, tetapi kolaborasi ini memberikan dua informasi penting.

“Pertama, verifikasi bahwa posisi maju titik interaksi ATLAS di LHC adalah lokasi yang benar untuk mendeteksi neutrino penumbuk,” Feng berkata. “Kedua, upaya kami menunjukkan efektivitas penggunaan detektor emulsi untuk memantau jenis interaksi neutrino ini.”

Detektor eksperimental adalah perangkat yang relatif kecil, sekitar 29 kilogram (64 lb). Tim saat ini sedang mengerjakan versi lengkapnya, sekitar 1.100 kilogram (lebih dari 2.400 pon). Instrumen ini akan secara signifikan lebih sensitif, dan akan memungkinkan peneliti untuk membedakan rasa neutrino dari rekan antineutrino mereka.

Mereka memprediksi bahwa siklus pengamatan LHC ketiga akan menghasilkan 200 miliar neutrino elektron, 6 triliun neutrino muon, 9 miliar tau neutrino, dan antineutrino mereka. Karena kami hanya mendeteksi sekitar 10 tau neutrino, secara total, sejauh ini, ini akan menjadi masalah yang cukup besar.

Koperasi juga mencari mangsa yang lebih sulit dipahami. Mereka memiliki harapan tinggi untuk mengungkapkan foton gelap, yang saat ini bersifat hipotetis, tetapi dapat membantu mengungkapkan sifat materi gelapMisteri, massa tidak terdeteksi yang membentuk sebagian besar materi di alam semesta.

Tetapi penemuan neutrino saja merupakan langkah maju yang sangat menarik bagi pemahaman kita tentang komponen fundamental alam semesta.

“Mengingat kekuatan detektor baru kami dan lokasi utamanya di CERN, kami berharap dapat merekam lebih dari 10.000 interaksi neutrino di putaran LHC berikutnya, mulai 2022,” Fisikawan dan astronom David Kasper berkata: dari University of California, Irvine, ketua bersama dari Proyek FASER.

“Kami akan menemukan neutrino berenergi tertinggi yang telah dihasilkan dari sumber buatan manusia.”

Penelitian tim ini dipublikasikan di tinjauan fisik d.