Fizikanët zbulojnë shenja të neutrinos në Përplasësin e Madh të Hadronit

Ekipi ndërkombëtar i Eksperimentit të Kërkimit Përpara, i udhëhequr nga fizikanët në Universitetin e Kalifornisë, Irvine, ka arritur zbulimin e parë ndonjëherë të kandidatëve të neutrinos të prodhuar nga Përplasësi i Madh i Hadronit në objektin e CERN pranë Gjenevës, Zvicër.

Në një punim të botuar sot në revistën Physical Review D, studiuesit përshkruajnë se si vëzhguan gjashtë ndërveprime neutrinash gjatë një drejtimi pilot të një detektori kompakt emulsioni të instaluar në LHC në 2018.

“Para këtij projekti, asnjë shenjë neutrinos nuk është parë ndonjëherë në një përplasës grimcash,” tha bashkëautori Jonathan Feng, profesor i shquar i fizikës dhe astronomisë në UCI dhe bashkë-udhëheqës i Bashkëpunimit FASER. “Ky zbulim i rëndësishëm është një hap drejt zhvillimit të një kuptimi më të thellë të këtyre grimcave të pakapshme dhe rolit që ato luajnë në univers.”

Ai tha se zbulimi i bërë gjatë pilotit i dha ekipit të tij dy informacione thelbësore.

“Së pari, verifikoi se pozicioni përpara i pikës së ndërveprimit ATLAS në LHC është vendndodhja e duhur për zbulimin e neutrinos së përplasjes,” tha Feng. “Së dyti, përpjekjet tona treguan efektivitetin e përdorimit të një detektori emulsioni për të vëzhguar këto lloj ndërveprimesh neutrino.”

Instrumenti pilot përbëhej nga pllaka plumbi dhe tungsteni të alternuara me shtresa emulsioni. Gjatë përplasjeve të grimcave në LHC, disa nga neutrinot e prodhuara përplasen në bërthama në metale të dendura, duke krijuar grimca që udhëtojnë nëpër shtresat e emulsionit dhe krijojnë shenja që janë të dukshme pas përpunimit. Këto gravurë japin të dhëna për energjitë e grimcave, shijet e tyre – tau, muon ose elektron – dhe nëse ato janë neutrino apo antineutrino.

Sipas Feng, emulsioni funksionon në një mënyrë të ngjashme me fotografinë në epokën para kamerave dixhitale. Kur filmi 35 milimetrash ekspozohet ndaj dritës, fotonet lënë gjurmë që shfaqen si modele kur filmi zhvillohet. Studiuesit e FASER ishin gjithashtu në gjendje të shihnin ndërveprimet e neutrinos pas heqjes dhe zhvillimit të shtresave të emulsionit të detektorit.

“Pasi verifikuar efektivitetin e qasjes së detektorit të emulsionit për vëzhgimin e ndërveprimeve të neutrinos të prodhuar në një përplasës grimcash, ekipi FASER tani po përgatit një seri të re eksperimentesh me një instrument të plotë që është shumë më i madh dhe dukshëm më i ndjeshëm,” tha Feng.

Që nga viti 2019, ai dhe kolegët e tij janë duke u përgatitur për të kryer një eksperiment me instrumentet FASER për të hetuar lëndën e errët në LHC. Ata shpresojnë të zbulojnë fotone të errëta, të cilat do t’u japin studiuesve një vështrim të parë se si materia e errët ndërvepron me atomet normale dhe materien tjetër në univers nëpërmjet forcave jogravitacionale.

Me suksesin e punës së tyre me neutrino gjatë viteve të fundit, ekipi FASER – i përbërë nga 76 fizikanë nga 21 institucione në nëntë vende – po kombinon një detektor të ri emulsioni me aparatin FASER. Ndërsa detektori pilot peshonte rreth 64 paund, instrumenti FASERnu do të jetë më shumë se 2400 paund dhe do të jetë shumë më reaktiv dhe i aftë të dallojë midis varieteteve të neutrinos.

“Duke pasur parasysh fuqinë e detektorit tonë të ri dhe vendndodhjen e tij kryesore në CERN, ne presim të jemi në gjendje të regjistrojmë më shumë se 10,000 ndërveprime neutrinash në ekzekutimin e ardhshëm të LHC, duke filluar nga viti 2022,” tha bashkëautori David Casper, bashkëkryetar i projektit FASER. -udhëheqës dhe profesor i asociuar i fizikës dhe astronomisë në UCI. “Ne do të zbulojmë neutrinot me energjinë më të lartë që janë prodhuar ndonjëherë nga një burim i krijuar nga njeriu.”

Ajo që e bën FASERnu-në unike, tha ai, është se ndërsa eksperimentet e tjera kanë qenë në gjendje të bëjnë dallimin midis një ose dy llojeve të neutrinos, ai do të jetë në gjendje të vëzhgojë të tre shijet plus homologët e tyre antineutrino. Casper tha se ka pasur vetëm rreth 10 vëzhgime të neutrinos tau në të gjithë historinë njerëzore, por ai pret që ekipi i tij të jetë në gjendje ta dyfishojë ose trefishojë atë numër gjatë tre viteve të ardhshme.

“Kjo është një lidhje jashtëzakonisht e mirë me traditën në departamentin e fizikës këtu në UCI,” tha Feng, “sepse po vazhdon me trashëgiminë e Frederick Reines, një anëtar i fakultetit themelues të UCI-së, i cili fitoi çmimin Nobel në fizikë për të qenë. i pari që zbuloi neutrinot.”

“Ne kemi prodhuar një eksperiment të klasit botëror në laboratorin kryesor të fizikës së grimcave në botë në kohë rekord dhe me burime shumë jotradicionale,” tha Casper. “Ne i detyrohemi një borxh të madh mirënjohjeje Fondacionit Heising-Simons dhe Fondacionit Simons, si dhe Shoqatës Japoneze për Promovimin e Shkencës dhe CERN-it, të cilët na mbështetën bujarisht.”