Міжнародна група експериментів, очолювана фізиками з Каліфорнійського університету в Ірвіні, вперше в історії виявила кандидатів у нейтрино, вироблені Великим адронним коллайдером.
У своїй статті дослідники описують, як вони спостерігали шість взаємодій нейтрино під час пілотного запуску компактного детектора емульсії FASER^, встановленого на БАК у 2018 році.
«До цього проекту на колайдері частинок ніколи не спостерігалося жодних ознак нейтрино», - сказав співавтор роботи Джонатан Фенг, заслужений професор фізики і астрономії Каліфорнійського університету і один з керівників колаборації FASER. «Цей значний прорив - крок до більш глибокого розуміння цих невловимих частинок і тієї ролі, яку вони грають у Всесвіті».
Він сказав, що відкриття, зроблене під час пілотного проекту, дало його команді дві важливі частини інформації.
«По-перше, він підтвердив, що положення перед точкою взаємодії ATLAS на БАК є правильним місцем для виявлення нейтрино коллайдера», - сказав Джонатан Фенг. «По-друге, наші зусилля продемонстрували ефективність використання детектора емульсії для спостереження такого роду нейтринних взаємодій».
Прилад FASER^ складався з пластин свинцю і вольфраму, що чергуються з шарами емульсії. Під час зіткнень частинок у БАК деякі з нейтрино врізаються в ядра щільних металів, створюючи частинки, які проходять через шари емульсії і залишають видимі сліди після обробки. Ці сліди дають уявлення про енергії частинок, їхній аромат - тау, мюон або електрону - і про те, нейтрино вони чи антинейтрино.
За словами вчених, емульсія діє аналогічно фотографії в доцифрову епоху. Коли 35-міліметрова плівка піддається впливу світла, фотони залишають сліди, які проявляються у вигляді візерунків при прояві плівки. Дослідники FASER також змогли побачити взаємодії нейтрино після видалення і прояву емульсійних шарів детектора.
З 2019 року фізики готуються до проведення експерименту з приладами FASER з дослідження темної матерії на БАК. Вони сподіваються виявити темні фотони, що дасть дослідникам перше уявлення про те, як темна матерія взаємодіє з нормальними атомами та іншою речовиною у Всесвіті за допомогою негравітаційних сил.
Завдяки успішній роботі над нейтрино за останні кілька років команда FASER, що складається з 76 фізиків з 21 інституту в дев'яти країнах, об'єднує новий детектор емульсії з апаратом FASER. У той час як пілотний детектор важив близько 29 кг, новий прилад FASERnu важитиме понад 1200 кг, і він буде набагато швидшим і зможе розрізняти різновиди нейтрино.
«Враховуючи потужність нашого нового детектора і його зручне розташування в ЦЕРНі, ми очікуємо, що зможемо зареєструвати понад 10 000 нейтринних взаємодій у наступному запуску БАК, починаючи з 2022 року», - сказав співавтор проекту Девід Каспер. «Ми виявимо нейтрино з найвищою енергією, які коли-небудь вироблялися зі штучного джерела».
За його словами, унікальність FASERnu полягає в тому, що в той час як в інших експериментах можна було розрізняти один або два типи нейтрино, з його допомогою можна буде спостерігати всі три типи нейтрино і їх аналоги у вигляді антинейтрино. Він каже, що за всю історію людства було всього близько 10 спостережень тау-нейтрино, але він очікує, що його команда зможе подвоїти або потроїти це число протягом наступних трьох років.
Результати опубліковані в журналі Physical Review D.
