Teach First v CERN Facility Preview pre nadchádzajúcu 3-ročnú výskumnú kampaň.

Medzinárodný tím Forward Search Experiment, vedený fyzikmi z Kalifornskej univerzity v Irvine, uskutočnil vôbec prvú detekciu kandidátskeho neutrína produkovaného Veľkým hadrónovým urýchľovačom CERN Zariadenie neďaleko Ženevy, Švajčiarsko.

Vo výskumnej práci uverejnenej v časopise 24. novembra 2021 fyzický prehľad dV roku 2018 výskumníci opisujú, ako pozorovali šesť interakcií neutrín počas experimentálneho chodu tlakového emulzného detektora inštalovaného na LHC v roku 2018.

„Pred týmto projektom neboli v zrážači častíc žiadne známky neutrín,“ povedal spoluautor Jonathan Feng, významný profesor fyziky a astronómie UCI a spolulíder FASER Collaboration. „Tento dôležitý prielom je krokom k hlbšiemu pochopeniu týchto nepolapiteľných častíc a úlohy, ktorú hrajú vo vesmíre.“

Povedal, že objav uskutočnený počas pilotného projektu poskytol jeho tímu dve dôležité informácie.

Detektor častíc FASER schválený CERN, ktorý má byť inštalovaný vo veľkom hadrónovom urýchľovači v roku 2019, bol nedávno vylepšený o nástroj na detekciu neutrín. Tím FASER pod vedením UCI použil v roku 2018 menší detektor rovnakého typu, aby urobil prvé pozorovania nepolapiteľných častíc generovaných na urýchľovači. Výskumníci uviedli, že nový nástroj bude schopný odhaliť tisíce interakcií neutrín v priebehu nasledujúcich troch rokov. Zdroj obrázkov: CERN

„Najprv overte, že predná poloha interakčného bodu ATLAS v LHC je správnym miestom na detekciu neutrín zrážača,“ povedal Feng. „Po druhé, naše úsilie preukázalo účinnosť použitia emulzného detektora na monitorovanie týchto typov interakcií neutrín.“

Experimentálny prístroj pozostával z olovených a volfrámových platní striedajúcich sa s vrstvami emulzie. Počas zrážok častíc v LHC niektoré neutrína spôsobili rozbitie hustých kovových jadier, čím sa vytvorili častice, ktoré prechádzajú vrstvami emulzie a po spracovaní vytvárajú viditeľné stopy. Tieto nápisy poskytujú informácie o energiách a chutiach častíc – tau, mión alebo elektrón – a či ide o neutrína alebo antineutrína.

Emulzia podľa Fenga funguje podobne ako fotografia v dobe pred digitálnymi fotoaparátmi. Keď je 35 mm film vystavený svetlu, fotóny zanechávajú stopy, ktoré sa pri vyvolávaní filmu javia ako vzory. Výskumníci FASER boli tiež schopní vidieť interakcie neutrín po odstránení a vyvinutí emulzných vrstiev v detektore.

„Po overení účinnosti prístupu emulzného detektora pri pozorovaní interakcií neutrín generovaných zrážačom častíc, tím FASER teraz pripravuje novú sériu experimentov s kompletným prístrojom, ktorý je oveľa väčší a výrazne citlivejší,“ povedal Feng. .

Experiment FASER sa nachádza 480 metrov od interakčného bodu Atlasu vo Veľkom hadrónovom urýchľovači. Podľa Jonathana Fenga, významného profesora fyziky a astronómie UCI a spolulídera FASER Collaboration, je to dobré miesto na detekciu neutrín zo zrážok častíc v zariadení. Zdroj obrázkov: CERN

Od roku 2019 sa so svojimi kolegami pripravoval na uskutočnenie experimentu pomocou prístrojov FASER na skúmanie temnej hmoty LHC. Dúfajú, že objavia temné fotóny, ktoré výskumníkom poskytnú prvý pohľad na to, ako temná hmota interaguje s prírodnými atómami a inou hmotou vo vesmíre prostredníctvom iných síl ako gravitácie.

S úspechom svojej neutrínovej práce za posledných niekoľko rokov tím FASER – zložený zo 76 fyzikov z 21 inštitúcií v deviatich krajinách – kombinuje nový emulzný detektor s prístrojom FASER. Zatiaľ čo experimentálny detektor váži asi 64 libier, prístroj FASERnu bude vážiť viac ako 2 400 libier a bude reaktívnejší a schopný rozlišovať medzi typmi neutrín.

povedal spoluautor David Kasper, vedúci projektu FASER a docent fyziky a astronómie na UCI. „Objavíme neutrína s najvyššou energiou, ktoré boli vyrobené z umelého zdroja.“

Čo robí FASERnu jedinečným, povedal, je to, že zatiaľ čo iné experimenty dokázali rozlíšiť medzi jedným alebo dvoma typmi neutrín, budú schopné pozorovať všetky tri príchute, ako aj ich antineutrínové náprotivky. Casper povedal, že v celej histórii ľudstva bolo pozorovaných len asi 10 neutrín tau, ale očakáva, že jeho tím bude schopný toto číslo zdvojnásobiť alebo strojnásobiť v priebehu nasledujúcich troch rokov.

„Je to neuveriteľne úžasné spojenie s tradíciou na katedre fyziky tu v UCI,“ povedal Feng, keďže pokračuje v odkaze Fredericka Rainesa, zakladajúceho člena fakulty UCI, ktorý získal Nobelovu cenu za fyziku za to, že ako prvý objavil. neutrína. „

„V poprednom svetovom laboratóriu časticovej fyziky sme v rekordnom čase a s veľmi nekonvenčnými zdrojmi vytvorili experiment svetovej úrovne,“ povedal Casper. „Veľmi sme vďační Heising-Simons Foundation a Simons Foundation, ako aj Japonskej spoločnosti na podporu vedy a CERNu, ktoré nás štedro podporili.“

Odkaz: „Prví kandidáti na interakciu neutrín v LHC“ od Henso Abreu et al. (FASER Collaboration), 24. novembra 2021, k dispozícii tu. fyzický prehľad d.
DOI: 10.1103/ PhysRevD.104.L091101

Savannah Shivley a Jason Arakawa, Ph.D. z UCLA. K výskumu prispeli aj študenti fyziky a astronómie.