Prva opservacija neutrina u Velikom hadronskom sudaraču

Foto: Profimedia

Da bi detektovali ove čestice, fizičari koriste detektore i najsavremeniju opremu da ispitaju poznate izvore neutrina. Njihovi napori su konačno doveli do posmatranja neutrina koji potiču od Sunca, kosmičkog zračenja, supernove i drugih kosmičkih objekata, kao i akceleratora čestica i nuklearnih reaktora, piše Phys.org.

Dugotrajni cilj na ovom polju istraživanja bilo je posmatranje neutrina unutar sudarača, akceleratora čestica u kojima se dva snopa čestica sudaraju jedan s drugim. Istraživači su prvi put posmatrali ove neutrine u sudaraču pomoću detektora u Velikom hadronskom sudaraču (LHC) Evropske organizacije za nuklearno istraživanje (CERN) u Švajcarskoj.

Preporučujemo

Neutrini se proizvode u vrlo velikom broju u protonskim sudaračima kao što je LHC. Međutim, dosad nisu nikad bili direktno posmatrani. Veoma slaba interakcija neutrina sa drugim česticama čini njihovu detekciju vrlo teškom i zbog toga su najmanje izučene čestice u Standardnom modelu fizike čestica.

Projekat FASER je veliko istraživanje s ciljem posmatranja svetlosti i čestica u slaboj interakciji. To je bila prva istraživačka grupa koja je posmatrala netrine u LHC pomoću detektora FASER, postavljenog preko 400 metara od poznatog eksperimenta ATLAS u posebnom tunelu. Grupe FASER i SND@LHC posmatraju neutrine proizvedene u istom „interaktivnom regionu“ unutar LHC kao ATLAS.

„Sudarači čestica postoje duže od 50 godina i detektovali su svaku poznatu česticu osim neutrina“, kaže portparol FASER-a Džonatan Li Feng.“Istovremeno, svaki put kad su neutrini otkriveni iz nekog novog izvora - nuklearnog reaktora, Sunca, Zemlje ili supernove – saznali smo nešto vrlo važno o univerzumu“.

FASER je posmatrao neutrine u sudaraču postavivši detektor duž linije snopa, prateći njihove putanje. Visokoenergetski neutrini se uglavnom proizvode na toj lokaciji, ali drugi detektori u LHC imaju „slepe mrlje“ u tom pravcu i zato nisu mogli da ih posmatraju u prošlosti.

Pošto ovi neutrini imaju visoke fluksove i visoke energije, što čini mnogo verovatnijim da će ući u interakciju, uspeli smo da detektujemo 153 pomoću veoma malog, jeftinog detektora napravljenog u vrlo kratkom vremenu“, objašnjava Feng.

„Ranije se smatralo da fizika čestica ima dva dela: visokoenergetske eksperimente za izučavanje teških čestica kao što su vršni kvarkovi i Higsovi bozoni, i visokointenzivne eksperimente za izučavanje neutrina. Ovaj rad je pokazao da visokoenergetski eksperimenti takođe mogu izučavati neutrine i tako je spojio visokoenergetske i visointenzivne granice“.

Projekat SND@LHC imao je za cilj detekciju neutrina putem detektora dugačkog dva metra, strateški postavljenog na lokaciju u LHC gde je fluks neutrina visok, ali zaštićen od fragmenata protonske kolizije betonom i stenom debljine oko 100 metara.

„Čak i sa strateškim pizicioniranjem, mioni najviše energije proizvedeni u sudarima stižu do našeg detektora stopom desetinama miliona puta većom od interakcija neutrina“, objašnjava Kristovao Vilela iz SND@LHC.

„Ovi mioni stvaraju neutralne hadrone u interakcijama sa materijalom oko našeg eksperimenta, što proizvodi signale u detektoru koji su slični signalima neutrina. Prevazilaženje ove pozadine bio je najveći izazov u analizi, koja je koristila karakterističan obrazac mionske trase zajedno sa hadronskim pljuskom i česticama bez naboja koje ulaze u detektor radi identifikacije neutinskih interakcija“.

„Opservacija neutrina u sudaraču otvara vrata novim merenjima koja će doprineti razumevanju nekih od fundamentalnijih zagonetki Standardnog modela fizike čestica, kao što je pitanje postojanja tri generacije čestica materije (fermioni) koje izgledaju kao tačne kopije jedna druge u svim aspektima osim mase“, kaže Vilela. „Osim toga, naš detektor je postavljen na lokaciju koja je ‘slepa mrlja’ za veće eksperimente LHC. Zbog toga će naša merenja takođe doprineti boljem razumevanju strukture protonskih kolizija“.

(Telegraf Nauka/Phys.org)