Më në fund shkencëtarët zbulojnë neutrinot në përplasësin e grimcave

Fantazma, më në fund, është në fakt në makinë: për herë të parë, shkencëtarët kanë krijuar neutrinot në një përplasës grimcash.

Ato grimca nënatomike të bollshme por enigmatike janë larguar aq shumë nga pjesa tjetër e materies saqë rrëshqasin nëpër të si spektra, duke u dhënë atyre pseudonimin “grimca fantazmë”.

Studiuesit thonë se kjo punë përfaqëson vëzhgimin e parë të drejtpërdrejtë të neutrineve përplasëse dhe do të na ndihmojë të kuptojmë se si formohen këto grimca, cilat janë vetitë e tyre dhe rolin e tyre në evolucionin e Universit.

Rezultatet, të arritura duke përdorur detektorin FASERnu në Përplasësin e Madh të Hadronit, u prezantuan në konferencën e 57-të Rencontres de Moriond Electroweak Interactions and Unified Theories në Itali.

“Ne kemi zbuluar neutrinot nga një burim krejt i ri – përplasësit e grimcave – ku dy rreze grimcash përplasen së bashku me energji jashtëzakonisht të lartë,” thotë fizikani i grimcave Jonathan Feng nga Universiteti i Kalifornisë Irvine.

Neutrinot janë ndër grimcat nënatomike më të bollshme në Univers, të dytat pas fotoneve. Por ata nuk kanë ngarkesë elektrike, masa e tyre është pothuajse zero dhe mezi ndërveprojnë me grimcat e tjera që hasin. Qindra miliarda neutrino po rrjedhin nëpër trupin tuaj tani.

Neutrinot prodhohen në rrethana energjike, të tilla si shkrirja bërthamore që ndodh brenda yjeve, ose shpërthimet e supernovës. Dhe ndërsa ne mund të mos i vëmë re ato në baza ditore, fizikantët besojnë se masa e tyre – sado e vogël – ndoshta ndikon në gravitetin e Universit (edhe pse neutrinot janë përjashtuar pothuajse si lëndë e errët).

Megjithëse ndërveprimi i tyre me materien është i vogël, ai nuk është plotësisht inekzistent; herë pas here, një neutrino kozmike përplaset me një grimcë tjetër, duke prodhuar një shpërthim shumë të dobët drite.

Detektorë nëntokësorë, të izoluar nga burime të tjera rrezatimi, mund të zbulojnë këto shpërthime. IceCube në Antarktidë, Super-Kamiokande në Japoni dhe MiniBooNE në Fermilab në Illinois janë tre detektorë të tillë.

Neutrinot e prodhuara në përplasësit e grimcave, megjithatë, janë kërkuar prej kohësh nga fizikanët, sepse energjitë e larta të përfshira nuk janë studiuar aq mirë sa neutrinot me energji të ulët.

“Ata mund të na tregojnë për hapësirën e thellë në mënyra që ne nuk mund të mësojmë ndryshe,” thotë fizikanti i grimcave Jamie Boyd nga CERN. “Këto neutrino me energji shumë të lartë në LHC janë të rëndësishme për të kuptuar vëzhgimet vërtet emocionuese në astrofizikën e grimcave.”

FASERnu është një detektor emulsioni i përbërë nga pllaka tungsteni me trashësi milimetrash të alternuara me shtresa filmi emulsioni. Tungsteni u zgjodh për shkak të densitetit të tij të lartë, i cili rrit gjasat e ndërveprimit të neutrinos; detektori përbëhet nga 730 filma emulsioni dhe një masë totale tungsteni prej rreth 1 ton.

Gjatë eksperimenteve të grimcave në LHC, neutrinot mund të përplasen me bërthamat në pllakat e tungstenit, duke prodhuar grimca që lënë gjurmë në shtresat e emulsionit, paksa si mënyra se si rrezatimi jonizues bën gjurmë në një dhomë reje.

Këto pllaka duhet të zhvillohen, si filmi fotografik, përpara se fizikanët të mund të analizojnë gjurmët e grimcave për të gjetur se çfarë i prodhoi ato.

Gjashtë kandidatë për neutrino u identifikuan dhe u publikuan në vitin 2021. Tani, studiuesit kanë konfirmuar zbulimin e tyre, duke përdorur të dhënat nga ekzekutimi i tretë i LHC-së së përmirësuar që filloi vitin e kaluar, me një nivel rëndësie prej 16 sigma.

Kjo do të thotë se gjasat që sinjalet të jenë prodhuar nga rastësia është aq e ulët sa të mos jetë pothuajse asgjë; niveli i rëndësisë prej 5 sigma është i mjaftueshëm për t’u kualifikuar si një zbulim në fizikën e grimcave.

Ekipi i FASER është ende në punë duke analizuar të dhënat e mbledhura nga detektori dhe duket se ka gjasa që do të pasojnë shumë më shumë zbulime neutrinash. Ekipi 3 i LHC pritet të vazhdojë deri në vitin 2026 dhe mbledhja dhe analiza e të dhënave janë në vazhdim.

Në vitin 2021, fizikanti David Casper i UC Irvine parashikoi se vrapimi do të prodhonte rreth 10,000 ndërveprime neutrinash, që do të thotë se ne mezi e kemi gërvishtur sipërfaqen e asaj që FASERnu ka për të ofruar.

“Neutrinot janë të vetmet grimca të njohura që eksperimentet shumë më të mëdha në Përplasësin e Madh të Hadronit nuk janë në gjendje t’i zbulojnë drejtpërdrejt,” thotë ai, “kështu që vëzhgimi i suksesshëm i FASER do të thotë që potenciali i plotë fizik i përplasësit më në fund po shfrytëzohet.”