Фізика
Фізика

Нейтрино вперше зафіксували на Великому адронному колайдері

Фізикам з колаборації FASER вперше вдалося зареєструвати нейтрино на Великому адронному колайдері. Дослідники повідомили про шість актів взаємодії нейтрино із речовиною детектора ATLAS на ВАК, статистична значимість яких склала 2,7 стандартних відхилень. Дані опублікували у Physical Review D — вони доводять здатність виявляти нейтрино на колайдері. Тож експериментатори сподіваються побачити взаємодію всіх трьох типів нейтрино та їхніх античастинок.

CERN

CERN

Що зафіксували?

Нейтрино — одна із передбачених Стандартною моделлю частинка, електрично нейтральна, із половинним спіном, якій відведена роль забирати із собою залишок втраченої ядром енергії під час бета-розпаду. Вони є нейтральними компаньйонами лептонів — частинок, з яких складається речовина, — тому відповідно поділяються на електронне, мюонне і тау нейтрино, та відповідні їм античастинки.

Нейтрино виробляються багатьма джерелами, включаючи Сонце, атмосферу, чи космічні промені, і фізики постійно їх фіксують. Наприклад, експеримент IceCube зафіксував нейтрино від розривання зірки чорною дірою, а завдяки детектору Борексіно в Італії фізики вперше зареєстрували рідкісне CNO-нейтрино, що походить з надр Сонця.

Навіщо фізикам нейтрино?

Основними завданнями Великого адронного колайдера є пошук причин порушення електрослабкої симетрії та дослідження нової фізики у масштабі енергій у тераелектронвольт. І виявлення нейтрино, народжених безпосередньо на колайдері, допомогло б вивчати їхні взаємодії з іншими частинками у діапазонах енергій, доступних виключно колайдерам.

Втім, досі жодне нейтрино на колайдері не було виявлено безпосередньо. І нарешті команда із 76 фізиків із 21 інституту дев'яти країн представила результати пілотного запуску свого детектора у 2018 році. Він знаходиться за 480 метрів від точки протон-протонних зіткнень у детекторі ATLAS.

Які відшукали нейтрино?

Фізики із FASER встановили пілотний детектор масою 29 кілограм. Він складається з двох модулів зі свинцевими та вольфрамовими пластинами, кожна з яких містить необхідні для фіксації частинок емульсійні плівки – на них нейтрино залишать сліди від взаємодії з ядрами атомів металу. Дані збирали протягом чотирьох тижнів у зіткненнях протонів із сумарною енергією у системі центру мас, що дорівнює 13 тераелектронвольтам.

Аналізуючи дані, дослідники дійшли висновку, що нейтрино, які можуть утворитися на ВАК, виникають внаслідок розпаду адронів, переважно піонів, каонів та D-мезонів. Аналіз заснований на ідентифікації сегментів доріжок (мікротреків) у верхньому та нижньому емульсійних шарах кожної плівки, що проходять щонайменше через три пластини. Так вчені заявили про те, що виявили шість взаємодій нейтрино з речовиною зі статистичною значущістю 2,7 стандартних відхилень.

Експеримент підтвердив, що положення перед точкою взаємодії пучків протонів ATLAS на ВАК є правильним місцем для виявлення нейтрино і дослідники сподіваються використовувати його для виявлення всіх трьох типів нейтрино разом з античастинками. Це лише перший варіант детектора — він є пілотним етапом перед переходом до значно масштабнішого експерименту, який вчені планують провести з 2022 по 2024 рік на другому сезоні роботи ВАК.


Фото в анонсі: CERN