Попали на фото: на Большом адронном коллайдере впервые засекли нейтрино

Эксперимент FASER проводится на Большом адронном коллайдере в Швейцарии.

Международная исследовательская группа, возглавляемая физиками из Калифорнийского университета в Ирвине (UCI), впервые в истории обнаружила кандидаты в нейтрино на Большом адронном коллайдере. Мы много писали об этом масштабном проекте и научных прорывах, которые удалось совершить с его помощью.

Нейтрино — это электрически нейтральные, чрезвычайно лёгкие элементарные частицы, которые редко взаимодействуют с частицами материи. Из-за этого их сложно обнаружить, хотя они очень распространены: прямо сейчас через ваше тело проходят миллиарды нейтрино. Из-за этого их часто называют призрачными частицами.

Нейтрино образуются в звёздах, сверхновых, квазарах, в процессе радиоактивного распада и во взаимодействии космических лучей с атомами в атмосфере Земли. Также было доказано, что источником нейтрино могут быть сверхмассивные чёрные дыры.

Ранее мы подробно рассказывали о том, как исследователи занимаются "ловлей" космических нейтрино в глубинах Байкала.

Долгое время считалось, что ускорители элементарных частиц, такие как БАК, тоже должны производить нейтрино, но без правильных инструментов они просто улетают незамеченными.

И вот такой "правильный инструмент" бы наконец установлен и протестирован. Во время пилотного запуска эксперимента под названием FASER в 2018 году учёные смогли обнаружить целых шесть взаимодействий нейтрино.

"До этого проекта на коллайдере никогда не наблюдалось никаких признаков нейтрино, – говорит соавтор исследования Джонатан Фенг (Jonathan Feng) из UCI. – Этот значительный прорыв – шаг к более глубокому пониманию этих неуловимых частиц и той роли, которую они играют во Вселенной".

По словам исследователей, принцип действия инструмента FASER, расположенного на 480 метров ниже места столкновения частиц, во многом похож на плёночную фотографию.

Детектор состоит из пластин из свинца и вольфрама, разделённых слоями жидкой эмульсии. Некоторые нейтрино ударяют по ядрам атомов в плотных металлах, что приводит к созданию других частиц, которые проходят через эмульсию.

Следы, которые они оставляют, можно увидеть, когда слои эмульсии "проявляются", как плёнка. И действительно, в полученных данных было замечено шесть таких "отпечатков".

"Проверив эффективность эмульсионного детектора для наблюдения взаимодействий нейтрино, производимых на БАК, команда FASER теперь готовится к новой серии экспериментов с полноценным, намного более крупным и чувствительным прибором", – добавил Фенг.

Полная версия системы, получившая название FASERnu, будет весить более 1090 килограммов по сравнению с 29-килограммовой пилотной версией. Его повышенная чувствительность позволит ему не только обнаруживать нейтрино чаще, но и различать три разных вида этих частиц, а также засекать антинейтрино.

​ЦЕРН: поймана частица, которая "переключается" между материей и антиматерией читайте также

"Учитывая мощность нашего нового детектора и его удобное расположение в ЦЕРНе, мы ожидаем, что сможем зарегистрировать более 10 000 нейтринных взаимодействий во время следующего запуска БАК в начале 2022 года", – сообщил соавтор исследования Дэвид Каспер (David William Casper) из UCI. – Мы обнаружим нейтрино самой высокой энергии, которые когда-либо производились в искусственном источнике".

Работа физиков из США была опубликована в научном журнале Physical Review D.