Рейтинг@Mail.ru
Поиск
x
Наука

На Большом адронном коллайдере впервые зафиксировали признаки нейтрино

National Geographic Россия
29 ноября 2021
001.jpg
Большой адронный коллайдер
Фото: Image Editor / flickr.com
Ученые только сейчас поделились результатами эксперимента 2018 года.

На Большом адронном коллайдере (БАК) отмечена важная веха в физике элементарных частиц. В рамках эксперимента FASER ученые увидели контрольные сигналы нейтрино, которые создаются при столкновении частиц.

«До этого проекта на коллайдере никогда не наблюдалось никаких признаков нейтрино. Этот значительный прорыв – шаг к более глубокому пониманию этих неуловимых частиц и той роли, которую они играют во Вселенной», – Джонатан Фенг.

Нейтрино – это общее название нейтральных фундаментальных частиц с полуцелым спином. Они встречаются практически везде во Вселенной, но их крайне сложно заметить. Нейтрино участвуют только в слабом и гравитационном взаимодействиях. Кроме того, у них нет заряда и почти нулевая масса. Поэтому они перемещаются сквозь пространство со скоростью света, но почти никак с ним не взаимодействуют.

Однако их все же можно зафиксировать. В таких детекторах, как IceCube в Антарктиде, Super-Kamiokande в Японии и MiniBooNE в Фермилаб в Иллинойсе, используются чувствительные матрицы фотодетекторов. Они способны улавливать световые потоки, которые возникают при взаимодействии нейтрино с другими частицами в полностью темной среде.

В течение долгого времени ученые хотели также изучить нейтрино, которые образуются в коллайдере. Все потому, что там оно возникает обычно при распаде адронов и производится при очень высоких энергиях, которые не очень хорошо изучены. Обнаружение нейтрино в коллайдере обеспечит доступ к энергиям и типам нейтрино, которые редко можно увидеть где-либо еще.

Детектор нейтрино FASERnu по сути обнаруживает эмульсии. Он состоит из свинцовых и вольфрамовых пластин, которые чередуются с с эмульсионными слоями. Во время экспериментов на БАК нейтрино могут сталкиваться с ядрами в свинцовых и вольфрамовых пластинах и производить частицы, которые оставляют следы в слоях эмульсии. Это немного похоже на то, как ионизирующее излучение оставляет следы в камере Вильсона. Пластины нужно проявлять, как фотопленку. Затем физики могут проанализировать следы частиц, чтобы выяснить, что их произвело; было ли это нейтрино, и к какому типу оно относилось. Есть три разновидности нейтрино – электронный, мюонный и тау, а также их антинейтринные аналоги.

В ходе пилотного запуска FASERnu в 2018 году, в слоях эмульсии зарегистрировали шесть взаимодействий нейтрино-кандидатов. Может показаться, что это не так много, учитывая, сколько частиц производится за один запуск на БАК, но сам по себе этот факт продемонстрировал эффективность использования детектора эмульсии для наблюдения такого рода нейтринных взаимодействий.

Пилотный детектор был относительно небольшим аппаратом и весил около 29 кг. В настоящее время команда работает над полной версией, весом около 1100 кг. Этот прибор будет значительно чувствительнее и позволит различать типы нейтрино и их антинейтринные аналоги.

Ученые ожидают, что третья серия наблюдений Большого адронного коллайдера произведет 200 миллиардов электронных нейтрино, 6 триллионов мюонных нейтрино и 9 миллиардов тау-нейтрино и их антинейтрино. Кроме того, они возлагают надежды на обнаружение темных фотонов, которые на данный момент являются гипотетическими, но могут помочь раскрыть природу темной материи: таинственной массы, которая составляет большую часть материи Вселенной.

«Учитывая мощность нашего нового детектора и его удобное расположение, мы ожидаем, что сможем зарегистрировать более 10 000 нейтринных взаимодействий в следующем запуске БАК, начиная с 2022 года. Мы обнаружим нейтрино с самой высокой энергией, которые когда-либо производились из искусственного источника», – отметил соруководитель проекта FASER Дэвид Каспер. 

рекомендации
Карта, Россия

Открой свою Россию: какое направление признали «Маршрутом ярких впечатлений»

Древний храм

Маршрут построен: музейные истории за границами столиц

Снег, снежинка, холод

10 мест России для лучшего зимнего отдыха

Новогодняя елка, рождественская елка, Рождество, Новый год, ель

Разделяй и празднуй: насколько экологичны ваши праздничные привычки?