Būsimos 3 metų trukmės mokslinių tyrimų kampanijos CERN priemonių peržiūroje mokykite pirmiausia.

Tarptautinė Forward Search Experiment komanda, vadovaujama Kalifornijos universiteto Irvine fizikų, pirmą kartą aptiko kandidato neutriną, pagamintą Didžiojo hadronų greitintuvo. CERN Objektas netoli Ženevos, Šveicarija.

Tyrimo straipsnyje, paskelbtame žurnale 2021 m. lapkričio 24 d fizinė peržiūra d2018 m. mokslininkai aprašo, kaip jie stebėjo šešias neutrinų sąveikas 2018 m. LHC įrengto slėgio emulsijos detektoriaus eksperimentinio veikimo metu.

„Prieš šį projektą dalelių greitintuve nebuvo jokių neutrinų ženklų“, – sakė bendraautorius Jonathanas Fengas, UCI nusipelnęs fizikos ir astronomijos profesorius ir vienas iš FASER bendradarbiavimo lyderių. „Šis svarbus proveržis yra žingsnis link gilesnio šių sunkiai suvokiamų dalelių ir jų vaidmens visatoje supratimo.

Jis sakė, kad piloto metu padarytas atradimas suteikė jo komandai dvi svarbias informacijos dalis.

CERN patvirtintas FASER dalelių detektorius, kuris 2019 m. bus įdiegtas dideliame hadronų greitintuve, neseniai buvo patobulintas neutrinams aptikti skirta priemone. UCI vadovaujama FASER komanda 2018 m. panaudojo mažesnį to paties tipo detektorių, kad atliktų pirmuosius susidūrime susidariusių dalelių stebėjimus. Tyrėjai teigė, kad naujasis instrumentas per ateinančius trejus metus galės aptikti tūkstančius neutrinų sąveikų. Vaizdo šaltinis: CERN

„Pirmiausia patikrinkite, ar ATLAS sąveikos taško priekinė padėtis LHC yra teisinga vieta susidūrimo neutrinams aptikti“, – sakė Fengas. „Antra, mūsų pastangos parodė emulsijos detektoriaus naudojimo veiksmingumą tokio tipo neutrinų sąveikai stebėti.”

Eksperimentinis instrumentas buvo sudarytas iš švino ir volframo plokštelių, pakaitomis su emulsijos sluoksniais. Dalelių susidūrimo metu LHC dėl kai kurių neutrinų suskilo tankios metalinės šerdys, sukurdamos daleles, kurios keliauja per emulsijos sluoksnius ir po apdorojimo sukuria matomas žymes. Šie užrašai suteikia užuominų apie dalelių energiją ir skonį – tau, miuoną ar elektroną – ir apie tai, ar tai neutrinai, ar antineutrinai.

Pasak Feng, emulsija veikia panašiai kaip fotografija prieš skaitmeninius fotoaparatus. Kai 35 mm plėvelė yra veikiama šviesos, fotonai palieka pėdsakus, kurie atsiranda kaip raštai, kai plėvelė vystosi. FASER tyrėjai taip pat galėjo pamatyti neutrinų sąveiką po to, kai detektoriuje buvo pašalinti ir sukurti emulsijos sluoksniai.

„Patikrinusi emulsijos detektoriaus metodo veiksmingumą stebint dalelių greitintuvo generuojamų neutrinų sąveiką, FASER komanda dabar rengia naują eksperimentų seriją su visu instrumentu, kuris yra daug didesnis ir žymiai jautresnis“, – sakė Fengas. .

FASER eksperimentas yra 480 metrų nuo Atlaso sąveikos taško prie didžiojo hadronų greitintuvo. Pasak Jonathano Fengo, UCI išskirtinio fizikos ir astronomijos profesoriaus ir FASER bendradarbiavimo vadovo, tai yra gera vieta aptikti neutrinus iš dalelių susidūrimo objekte. Vaizdo šaltinis: CERN

Nuo 2019 m. jis ir jo kolegos ruošiasi atlikti eksperimentą naudodami FASER instrumentus, kad ištirtų LHC tamsiąją medžiagą. Jie tikisi atrasti tamsiuosius fotonus, kurie leis tyrėjams iš pradžių pažvelgti į tai, kaip tamsioji medžiaga sąveikauja su natūraliais atomais ir kita visatoje esančia medžiaga per kitas jėgas nei gravitacija.

Per pastaruosius kelerius metus sėkmingai dirbant su neutrinais, FASER komanda, kurią sudaro 76 fizikai iš 21 institucijos devyniose šalyse, sujungia naują emulsijos detektorių su FASER prietaisu. Nors eksperimentinis detektorius sveria apie 64 svarus, FASERnu instrumentas bus daugiau nei 2400 svarų, bus reaktyvesnis ir galės atskirti neutrinų tipus.

sakė bendraautorius Davidas Kasperis, bendro projekto FASER vadovas ir UCI fizikos ir astronomijos docentas. „Mes atrasime didžiausios energijos neutrinus, kurie buvo pagaminti iš žmogaus sukurto šaltinio.

Pasak jo, FASERnu išskirtinis yra tai, kad nors kiti eksperimentai sugebėjo atskirti vieną ar du neutrinų tipus, jie galės stebėti visus tris skonius ir jų antineutrininius analogus. Casperas teigė, kad per visą žmonijos istoriją buvo pastebėta tik apie 10 tau neutrinų, tačiau jis tikisi, kad per ateinančius trejus metus jo komanda galės padvigubinti arba patrigubinti šį skaičių.

„Tai neįtikėtinai nuostabus ryšys su UCI fizikos katedros tradicija“, – sakė Fengas, tęsdamas Fredericko Raineso, UCI įkūrėjo fakulteto nario, kuris laimėjo Nobelio fizikos premiją už tai, kad pirmasis atrado, palikimą. neutrinai. “

„Mes sukūrėme pasaulinio lygio eksperimentą geriausioje pasaulyje dalelių fizikos laboratorijoje per rekordiškai trumpą laiką ir su labai netradiciniais ištekliais“, – sakė Casperas. „Esame labai dėkingi Heising-Simons fondui ir Simonso fondui, taip pat Japonijos mokslo skatinimo draugijai ir CERN, kurie mus dosniai parėmė.

Nuoroda: „Pirmieji kandidatai į neutrinų sąveiką LHC“, Henso Abreu ir kt. (FASER Collaboration), 2021 m. lapkričio 24 d., pasiekiama čia. fizinė peržiūra d.
DOI: 10.1103 / PhysRevD.104.L091101

Savannah Shivley ir Jasonas Arakawa, mokslų daktaras iš UCLA. Prie tyrimo prisidėjo ir fizikos bei astronomijos studentai.