كان الفيزيائيون أول من اكتشف “جسيمات شبحية” بعيدة المنال في مصادم الهادرونات الكبير

تم إحراز معلم رئيسي في فيزياء الجسيمات في تصادم الهادرونات الكبير (LHC).

لأول مرة المرشح نيوترينوات لا توجد فقط في LHC ، ولكن أيضًا داخليًا اى شى تصادم الجسيمات.

اكتُشفت اتصالات النيوترينو الستة باستخدام مستقبلات النيوترينو FASERnu لا تُظهر فقط إمكانات التكنولوجيا ، ولكنها تفتح أيضًا طرقًا جديدة لدراسة هذه الجسيمات الغامضة ، خاصة في الطاقات الأعلى.

“قبل هذا المشروع ، لم يتم العثور على أي علامة على وجود نيوترينو في اصطدام الجسيمات.” قال الفيزيائي جوناثان فنغ إيروين ، جامعة كاليفورنيا ، الرئيس المشارك لتعاون فايزر.

“هذا التحسن الهام هو خطوة نحو تطوير فهم أعمق لهذه الجسيمات المراوغة ودورها في الكون.”

في الواقع ، توجد النيوترينوات في كل مكان. إنها واحدة من أكثر الجسيمات دون الذرية وفرة في الكون. لكنها لا تحمل أي شحنة ولديها كتلة تقريبًا صفرية ، لذا على الرغم من مرورها عبر الكون بسرعة الضوء ، فإنها لا تتلامس معها أبدًا. تتدفق مليارات الأشياء من خلالك الآن. بالنسبة للنيوترينو ، فإن باقي الكون هو في الأساس غير حي ؛ هذا هو السبب في أنها تسمى أيضًا جسيمات الأشباح.

على الرغم من أنهم نادراً ما يتواصلون ، إلا أن هذا ليس هو الحال دائمًا. مثل المخترعين مكعب ثلج في القارة القطبية الجنوبية ، سوبر حجاب في اليابان و ميني بون في Fermilap في إلينوي ، تستخدم النيوترينوات مصفوفات حساسة للكشف عن الضوء مصممة لالتقاط أشعة الضوء المنبعثة عندما تتفاعل مع جزيئات أخرى في بيئة مظلمة تمامًا.

لكن لفترة طويلة ، أراد العلماء أيضًا دراسة النيوترينوات الناتجة عن تصادم الجسيمات. وذلك لأن نيوترينوات الاصطدام ، التي تظهر بشكل أساسي من اضمحلال الهيدرونات ، يتم إنتاجها بطاقات عالية جدًا ولم تتم دراستها جيدًا. يتيح الكشف عن اصطدام النيوترينوات الوصول إلى طاقات النيوترينو والأنواع النادرة في أماكن أخرى.

يُعرف FASERnu باسم a أداة تشخيص مرق. يتم استبدال ألواح الرصاص والتنغستن بطبقات الملاط: أثناء اختبار الجسيمات في LHC ، تتصادم النيوترينوات مع النوى في ألواح الرصاص والتنغستن ، وتشكل جزيئات تترك آثارًا في طبقات الملاط. أ غرفة سحابة.

يجب أن تتشكل اللوحات مثل صورة فوتوغرافية. بعد ذلك ، يمكن للفيزيائيين تحليل آثار الجسيمات ومعرفة سبب إنشائها ؛ حتى لو كان نيوترينوًا ، فما هو “طعم” أو نوع النيوترينو. هناك ثلاث نكهات للنيوترينو – Electron و Mune و Dow – بالإضافة إلى نظائرها المضادة للنيوترينو.

أثناء التشغيل التجريبي FASERnu في عام 2018 ، تم تسجيل ستة اتصالات نيوترينو مرشحة في طبقات المرق. بالنظر إلى عدد الجسيمات التي يتم إنتاجها في تدفق واحد في مصادم الهادرونات الكبير ، قد لا يبدو مثل الكثير ، ولكنه قدم جزأين مهمين من المعلومات للتعاون.

“أولاً ، تحقق من أن الموضع الأمامي لنقطة تفاعل ATLAS في LHC كان الموقع الدقيق لاكتشاف اصطدام النيوترينوات.” قال فنغ. “ثانيًا ، أظهرت جهودنا فعالية استخدام كاشف المستحلب لمراقبة هذه الأنواع من تفاعلات النيوترينو.”

كان الكاشف التجريبي أداة صغيرة نسبيًا ، ويزن حوالي 29 كيلوجرامًا (64 رطلاً). يعمل الفريق حاليًا على النسخة الكاملة عند 1100 كيلوغرام (أكثر من 2400 رطل). ستكون هذه الأداة أكثر حساسية بشكل ملحوظ ، وستسمح للباحثين بالتمييز بين نكهات النيوترينو ونظيراتها المضادة للنيوترينو.

ويتوقعون أن ينتج تيار المراقبة الثالث لتصادم هاترون الكبير 200 مليار نيوترينوات إلكترونية ، و 6 تريليونات نيوترينوات صامتة ، و 9 مليارات نيوترينوات داو ومضادات نيوترينواتها. حتى الآن ، اكتشفنا فقط 10 نيوترينوات Dove في المجموع ، والتي ستكون مشكلة كبيرة.

يرى التعاون فريسة أكثر مراوغة. إنهم واثقون من معرفة ذلك الفوتونات المظلمة، هم افتراضيون حاليًا ، لكنهم يساعدون في التعبير عن الطبيعة المادة المظلمة، الكتلة الغامضة التي لا يمكن كشفها والتي تشكل معظم الكون.

لكن اكتشافات النيوترينو وحدها هي خطوة هائلة إلى الأمام في فهمنا للعناصر الأساسية للكون.

“استنادًا إلى قوة كاشفنا الجديد وموقعه الرئيسي في CERN ، نتوقع أن نكون قادرين على تسجيل أكثر من 10000 جهة اتصال نيوترينو في الجولة التالية من LHC بدءًا من عام 2022.” قال الفيزيائي والفلكي ديفيد كاسبار إروين ، الرئيس المشارك لمشروع FASER ، جامعة كاليفورنيا.

“سنجد النيوترينوات الأكثر نشاطًا التي تم إنتاجها من مصدر من صنع الإنسان.”

تم نشر دراسة المجموعة مراجعة البدنية د.