Детектор FASER впервые обнаружил нейтрино, созданные Большим адронным коллайдером
Впервые группа физиков обнаружила нейтрино, созданные коллайдером частиц. Открытие обещает углубить понимание учеными субатомных частиц, которые были обнаружены в 1956 году и играют ключевую роль в процессе, заставляющем звезды гореть.
Работа также может пролить свет на космические нейтрино, которые путешествуют на большие расстояния и достигают Земли, открывая окно в отдаленные части Вселенной.
Это последний результат «эксперимента прямого поиска», или FASER, детектора частиц, разработанного и построенного международной группой физиков и установленного в CERN, Европейском совете по ядерным исследованиям в Женеве, Швейцария. Там FASER обнаруживает частицы, произведенные Большим адронным коллайдером (БАК).
«Мы обнаружили нейтрино из совершенно нового источника — коллайдера частиц — где два луча частиц сталкиваются друг с другом при чрезвычайно высокой энергии», — сказал физик Калифорнийского университета в Ирвине и сопредседатель FASER Collaboration Джонатан Фенг, который инициировал проект, в котором участвуют более 80 исследователей.
Результаты были объявлены на 57-й конференции Rencontres de Moriond Electroweak Interactions and Unified Theories в Италии.
Нейтрино, которые были открыты почти 70 лет назад физиком и лауреатом Нобелевской премии Фредериком Рейнсом, являются самой распространенной частицей в космосе и «были очень важны для создания стандартной модели физики элементарных частиц», — сказал Джейми Бойд, физик ЦЕРН и сопредставитель FASER. «Но ни одно нейтрино, произведенное на коллайдере, никогда не обнаруживалось экспериментально».
Большинство нейтрино, изучаемых физиками, были нейтрино низкой энергии. Но нейтрино, обнаруженные FASER, имеют самую высокую энергию, когда-либо произведенную в лаборатории, и подобны нейтрино из дальнего космоса.
«Они могут рассказать нам о глубоком космосе так, как мы не можем узнать иначе», — сказал Джейми Бойд. «Эти нейтрино очень высокой энергии в БАК важны для понимания действительно захватывающих наблюдений в астрофизике элементарных частиц».
Сам FASER является новым и уникальным среди экспериментов по обнаружению частиц. В отличие от других детекторов в ЦЕРН, таких как ATLAS, который имеет высоту в несколько этажей и весит тысячи тонн, FASER весит около тонны и аккуратно помещается в небольшом боковом туннеле БАКа. И потребовалось всего несколько лет, чтобы спроектировать и построить его с использованием запчастей от других экспериментов.
«Нейтрино — единственные известные частицы, которые не могут быть непосредственно обнаружены в гораздо более крупных экспериментах на Большом адронном коллайдере, поэтому успешное наблюдение FASER означает, что весь физический потенциал коллайдера, наконец, используется», — сказал физик-экспериментатор Дэйв Каспер.
Помимо нейтрино, одной из других главных целей FASER является помощь в идентификации частиц, составляющих темную материю, которая, по мнению физиков, составляет большую часть материи во Вселенной, но которую они никогда не наблюдали напрямую.
FASER еще предстоит найти признаки темной материи, но, поскольку БАК настроен начать новый раунд столкновений частиц через несколько месяцев, детектор готов зафиксировать любое их появление. «Мы надеемся увидеть интересные сигналы», — говорят ученые.