Matematika, fizika, kemija

Po prvi put znanstvenici su stvorili neutrine u sudaraču čestica

A.I.

Te mnogobrojne, ali zagonetne subatomske čestice toliko su različite od ostatka materije da klize kroz nju poput "duhova kroz zidove", zbog čega su dobile nadimak "čestice duhova".

Istraživači kažu da ovaj rad predstavlja prvo izravno opažanje neutrina iz sudarača i da će nam pomoći da shvatimo kako te čestice nastaju, koja su njihova svojstva i njihovu ulogu u evoluciji Svemira.

Rezultati, postignuti korištenjem FASERnu detektora u Large Hadron Collideru, predstavljeni su na 57. konferenciji Rencontres de Moriond Electroweak Interactions and Unified Theories, u Italiji.

"Otkrili smo neutrine iz potpuno novog izvora – sudarača čestica – gdje imate dva snopa čestica koje se sudaraju uz ekstremno visoku energiju", kaže fizičar čestica Jonathan Feng sa Sveučilišta Kalifornija Irvine.

Neutrini su među najrasprostranjenijim subatomskim česticama u svemiru, odmah iza fotona. Ali nemaju električni naboj, masa im je gotovo jednaka nuli i jedva da stupaju u interakciju s drugim česticama na koje naiđu. Stotine milijardi neutrina trenutno struji vašim tijelom.

Neutrini se proizvode u energetskim okolnostima, kao što je nuklearna fuzija koja se odvija unutar zvijezda ili eksplozije supernove. I dok ih možda ne primjećujemo iz dana u dan, fizičari vjeruju da njihova masa – koliko god bila neznatna – vjerojatno utječe na gravitaciju Svemira (iako su neutrini prilično isključeni kao tamna tvar).

Iako je njihova interakcija s materijom mala, nije potpuno nepostojeća; s vremena na vrijeme, kozmički neutrino se sudari s drugom česticom, stvarajući vrlo slabu bljesak svjetlosti.

Podzemni detektori, izolirani od drugih izvora zračenja, mogu detektirati ove eksplozije. IceCube na Antarktici, Super-Kamiokande u Japanu i MiniBooNE u Fermilabu u Illinoisu tri su takva detektora.

Međutim, fizičari već dugo traže neutrine proizvedene u sudaraču čestica jer uključene visoke energije nisu tako dobro proučene kao niskoenergetski neutrini.

"Oni nam mogu reći o dubokom Svemiru na načine na koje inače ne možemo naučiti", kaže fizičar čestica Jamie Boyd iz CERN-a. "Ovi neutrini vrlo visoke energije u LHC-u važni su za razumijevanje stvarno uzbudljivih promatranja u astrofizici čestica."

FASERnu je emulzijski detektor koji se sastoji od milimetarskih volframovih ploča koje se izmjenjuju sa slojevima emulzijskog filma. Volfram je odabran zbog svoje visoke gustoće, koja povećava vjerojatnost interakcije neutrina; detektor se sastoji od 730 emulzijskih filmova i ukupne mase volframa od oko 1 tone.

Tijekom eksperimenata s česticama u LHC-u, neutrini se mogu sudarati s jezgrama u volframovim pločama, proizvodeći čestice koje ostavljaju tragove u slojevima emulzije, pomalo poput načina na koji ionizirajuće zračenje stvara tragove u komori oblaka.

Te ploče treba razviti, poput fotografskog filma, prije nego što fizičari mogu analizirati tragove čestica kako bi otkrili što ih je proizvelo.

Šest kandidata za neutrine identificirano je i objavljeno još 2021. Sada su istraživači potvrdili svoje otkriće koristeći podatke iz trećeg rada nadograđenog LHC-a koji je započeo prošle godine, s razinom značajnosti od 16 sigma.

To znači da je vjerojatnost da su signali proizvedeni slučajno toliko mala da je gotovo nikakva; razina značajnosti od 5 sigma dovoljna je da se kvalificira kao otkriće u fizici čestica.

Tim FASER-a još uvijek naporno radi na analizi podataka prikupljenih detektorom i čini se vjerojatnim da će uslijediti još mnogo detekcija neutrina. Očekuje se da će se 3. ciklus LHC-a nastaviti do 2026., a prikupljanje i analiza podataka su u tijeku.

Još 2021. godine, fizičar David Casper s UC Irvinea predvidio je da će serija proizvesti oko 10 000 interakcija neutrina, što znači da smo jedva zagrebali površinu onoga što FASERnu nudi.

"Neutrini su jedine poznate čestice koje mnogo veći eksperimenti na Large Hadron Collideru nisu u mogućnosti izravno detektirati", kaže on, "tako da FASER-ovo uspješno promatranje znači da je konačno iskorišten puni fizički potencijal sudarača."

Izvor: Sciencealert

Možda će vas zanimati