Bilim adamları nihayet parçacık çarpıştırıcısında nötrinoları tespit ettiler: ScienceAlert

Son olarak, hayalet zaten makinenin içinde: Bilim adamları ilk kez bir parçacık çarpıştırıcısında nötrinolar yarattılar.

Bu bol miktarda ve gizemli atom altı parçacıklar, maddenin geri kalanından o kadar uzaktır ki, bunların içinden tayf gibi süzülerek “hayalet parçacıklar” olarak bilinirler.

Araştırmacılar, bu çalışmanın çarpıştırıcının nötrinolarının ilk doğrudan gözlemi olduğunu ve bu parçacıkların nasıl oluştuğunu, özelliklerinin neler olduğunu ve evrenin evrimindeki rollerini anlamamıza yardımcı olacağını söylüyor.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısında FASERnu dedektörü kullanılarak elde edilen sonuçlar, gösterildi İtalya’daki 57. Rencontres de Moriond Elektrozayıf Etkileşimler ve Birleşik Teoriler Konferansı’nda.

“Tamamen yeni bir kaynaktan – parçacık çarpıştırıcılarından – son derece yüksek enerjide birbiriyle çarpışan iki parçacık ışınına sahip olduğunuz nötrinoları keşfettik.” parçacık fizikçisi Jonathan Feng diyor Kaliforniya Üniversitesi, Irvine’den.

Nötrinolar, evrende en çok bulunan atomaltı parçacıklar arasındadır ve fotonlardan sonra ikinci sırada yer alır. Ancak elektrik yükleri yoktur, kütleleri sıfıra yakındır ve karşılaştıkları diğer parçacıklarla neredeyse hiç etkileşime girmezler. Şu anda vücudunuzda yüz milyarlarca nötrino akıyor.

Nötrinolar, yıldızların içinde meydana gelen nükleer füzyon veya süpernova patlamaları gibi enerjik koşullarda üretilir. Ve biz onları günlük olarak fark etmesek de, fizikçiler kütlelerinin – ne kadar küçük olursa olsun – evrenin yerçekimini etkileyebileceğine inanıyorlar (nötrinolar büyük ölçüde Karanlık madde olarak sıçrar).

Madde ile etkileşimleri önemsiz olsa da, tamamen yok değildir; Ara sıra, kozmik bir nötrino başka bir parçacıkla çarpışır ve çok zayıf bir ışık patlamasıyla sonuçlanır.

Diğer radyasyon kaynaklarından izole edilmiş yer altı dedektörleri bu patlamaları tespit edebilir. buz küpü Antarktika’da, Süper Kamiokande Japonya’da ve mini topuz Illinois’deki Fermilab’da bu tür üç reaktif var.

Bununla birlikte, fizikçiler uzun süredir parçacık çarpıştırıcılarında nötrino üretmeye çalışıyorlar çünkü kullanılan yüksek enerjiler, düşük enerjili nötrinolar kadar iyi çalışılmamıştır.

CERN’den parçacık fizikçisi Jamie Boyd, “Bize derin uzay hakkında başka türlü öğrenemeyeceğimiz şekillerde bilgi verebilirler” diyor. “LHC’deki bu yüksek enerjili nötrinolar, parçacık astrofiziğindeki gerçekten heyecan verici gözlemleri anlamak için önemlidir.”

FASERnu bir dosyadır emülsiyon dedektörü Emülsiyon film katmanları ile değişen milimetre kalınlığında tungsten plakalardan oluşur. Tungsten, nötrino etkileşimlerinin olasılığını artıran yüksek yoğunluğu nedeniyle seçildi; Dedektör, toplam kütlesi yaklaşık 1 ton olan 730 emülsiyon filminden oluşur.

LHC’deki parçacık deneyleri sırasında, nötrinolar tungsten levhaların çekirdekleriyle çarpışabilir ve emülsiyon katmanlarında izler bırakan parçacıklar üretebilir, tıpkı iyonlaştırıcı radyasyonun emülsiyon katmanlarında iz bırakması gibi. bulut odası.

Fotoğraf filmleri gibi, fizikçilerin onları neyin ürettiğini görmek için parçacık yörüngelerini analiz edebilmesi için bu panellerin geliştirilmesi gerekir.

Altı aday nötrino belirlendi ve 2021’de yeniden yayınlandı. Şimdi, araştırmacılar, geçen yıl başlayan yükseltilmiş LHC’nin üçüncü turundan elde edilen verileri kullanarak keşiflerini doğruladılar. 16 sigma.

Bu, sinyalleri rastgele şansla üretme olasılığının sıfır olacak kadar düşük olduğu anlamına gelir; 5 sigmanın anlamlılık düzeyi, parçacık fiziğinde bir keşif olarak nitelenmek için yeterlidir.

FASER ekibi, dedektör tarafından toplanan verileri analiz etmek için hâlâ yoğun bir şekilde çalışıyor ve bunu muhtemelen daha fazla nötrino algılaması takip edecek gibi görünüyor. LHC’nin üçüncü çalışmasının devam etmesi bekleniyor 2026’ya kadarSürekli veri toplama ve analiz.

2021’de Irvine’deki California Üniversitesi’nden fizikçi David Casper, yarışın yaklaşık 10.000 nötrino etkileşimi üreteceğini tahmin ediyor, bu da FASERnu’nun sunduğu şeylerin yüzeyini zar zor çizdiğimiz anlamına geliyor.

“Nötrinolar, Büyük Hadron Çarpıştırıcısındaki çok daha büyük deneylerin doğrudan tespit edemediği bilinen tek parçacıklardır.” DiyorDolayısıyla, FASER’in başarılı bir şekilde gözlemlenmesi, çarpıştırıcının tüm fizik potansiyelinden nihayet yararlanıldığı anlamına gelir.

takımın sonuçları 57. Rencontres de Moriond Elektrozayıf Etkileşimler ve Birleşik Teoriler Kongresinde Sunulmuştur.