Des physiciens découvrent pour la première fois des « particules fantômes » déroutantes au LHC

Une percée majeure en physique des particules a été réalisée au Grand collisionneur de hadrons (LHC).

filtre première fois neutrinos Ils ont été découverts, non seulement dans le LHC, mais dans Lequel Collisionneur de particules.

Les six interactions de neutrinos, découvertes à l’aide du détecteur FASERnu Sub-Nutrino, non seulement prouvent la faisabilité de la technologie, mais ouvrent une nouvelle voie pour l’étude de ces particules mystérieuses, en particulier à haute énergie.

« Avant ce projet, il n’y avait aucun signe de neutrinos dans le collisionneur de particules », a-t-il déclaré. Le physicien Jonathan Feng a déclaré : de l’Université de Californie, Irvine, coprésident de la FASER Collaboration.

« Cette percée importante est une étape vers le développement d’une compréhension plus profonde de ces particules insaisissables et du rôle qu’elles jouent dans l’univers. »

En fait, les neutrinos se trouvent partout. C’est l’une des particules subatomiques les plus abondantes de l’univers. Mais il ne porte aucune charge et a une masse presque nulle, donc même s’il traverse l’univers presque à la vitesse de la lumière, il n’interagit pratiquement pas avec lui. Des milliards de choses vous traversent en ce moment. Pour le neutrino, le reste de l’univers est essentiellement immatériel ; Pour cette raison, elles sont également connues sous le nom de particules fantômes.

Bien qu’ils interagissent rarement, ce n’est jamais la même chose. Des détecteurs comme glaçon en Antarctique, Super Kamiokande au Japon et mini-pong Au Fermilab dans l’Illinois, il a utilisé des réseaux de photodétecteurs sensibles conçus pour capturer les gerbes de lumière qui apparaissent lorsque les neutrinos interagissent avec d’autres particules dans un environnement complètement sombre, par exemple.

Mais pendant longtemps, les scientifiques ont également voulu étudier les neutrinos produits lors de collisions de particules. En effet, les neutrinos des collisionneurs, qui proviennent principalement de la désintégration des hadrons, sont produits à des énergies très élevées, qui ne sont pas bien étudiées. La détection des neutrinos par collisionneur donne accès à des énergies et à des types de neutrinos rarement vus ailleurs.

FASERnu est ce qu’on appelle un fichier Réactif émulsifiant. Les plaques de plomb et de tungstène alternent avec des couches d’émulsion : lors des expériences sur les particules dans le LHC, les neutrinos peuvent entrer en collision avec les noyaux des plaques de plomb et de tungstène, ce qui donne des particules qui laissent des traces dans les couches de l’émulsion, tout comme les rayonnements ionisants tracent des chemins dans une chambre des nuages.

Les peintures doivent être développées comme une pellicule photographique. Ensuite, les physiciens pourraient analyser les trajectoires des particules pour voir ce qui les a produites ; Qu’il s’agisse d’un neutrino, alors quelle est la « saveur » ou le type d’un neutrino. Il existe trois types de neutrinos – électron, muon et tau – ainsi que leurs homologues antineutrinos.

Dans le cycle expérimental FASERnu réalisé en 2018, six interactions de neutrinos candidats ont été enregistrées dans les couches d’émulsion. Cela peut sembler peu, compte tenu du nombre de particules produites pendant le fonctionnement du Grand collisionneur de hadrons, mais cela a donné à la collaboration deux informations importantes.

« Tout d’abord, vérifiez que la position avancée du point d’interaction ATLAS dans le LHC est le bon emplacement pour détecter les neutrinos du collisionneur », Feng a dit. « Deuxièmement, nos efforts ont démontré l’efficacité de l’utilisation d’un détecteur d’émulsion pour surveiller ces types d’interactions de neutrinos. »

Le détecteur expérimental était un appareil relativement petit, pesant environ 29 kilogrammes (64 lb). L’équipe travaille actuellement sur la version complète, environ 1 100 kilogrammes (plus de 2 400 livres). Cet instrument serait nettement plus sensible et permettrait aux chercheurs de différencier les saveurs des neutrinos de leurs homologues antineutrinos.

Ils prédisent que le troisième cycle d’observation du LHC produira 200 milliards de neutrinos électroniques, 6 000 milliards de neutrinos muoniques, 9 milliards de neutrinos tau et leurs antineutrinos. Comme nous n’avons détecté qu’une dizaine de neutrinos tau au total jusqu’à présent, ce serait un gros problème.

La coopérative cherche également des proies plus insaisissables. Ils ont de grands espoirs de révéler photons sombres, qui est actuellement hypothétique, mais peut aider à révéler la nature de matière noireLa masse mystérieuse et indétectable qui constitue la majeure partie de la matière de l’univers.

Mais les découvertes de neutrinos représentent à elles seules un pas en avant très excitant pour notre compréhension des composants fondamentaux de l’univers.

« Compte tenu de la puissance de notre nouveau détecteur et de son emplacement principal au CERN, nous espérons pouvoir enregistrer plus de 10 000 interactions de neutrinos dans le prochain cycle du LHC, à partir de 2022 », Le physicien et astronome David Kasper a déclaré : de l’Université de Californie, Irvine, coprésident du projet FASER.

« Nous découvrirons les neutrinos les plus énergétiques qui ont été produits à partir d’une source artificielle. »

Les recherches de l’équipe ont été publiées dans examen physique d.