科学家首次在大型强子对撞机上检测到中微子迹象

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由尔湾加利福尼亚大学物理学家领导的国际前沿搜索实验小组首次在瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心(NealCurn)附近发现了由大Hadron Collider产生的中微子候选。

在2021年11月24日发表在《物理评论D》上的一篇论文中,研究人员描述了他们如何在2018年安装在大型强子对撞机上的小型乳化液探测器试运行期间观察到六个中微子的相互作用。

“在这个项目之前,粒子对撞机上从来没有任何中微子的迹象,”论文的合著者、UCI物理学和天文学杰出教授、Faser合作项目的联合负责人Jonathan Feng说。“这一重大突破是朝着深入了解这些难以捉摸的粒子及其在宇宙中的作用迈出的一步。”

冯说,实验期间的发现给了他的团队两个关键信息。

科学家首次在大型强子对撞机上检测到中微子迹象-第1张图片-IT新视野

法瑟粒子探测器

“首先,它验证了大型强子对撞机atlas相互作用点前面的位置是在对撞机中探测中微子的正确位置,”冯说。“其次,我们的努力证明了使用乳剂探测器观察这些类型中微子相互作用的有效性。”

测试仪器由铅板、钨板和乳化液层交替组成。在大型强子对撞机的粒子碰撞过程中,一些中微子会撞击致密金属中的原子核,产生的粒子会通过乳胶层,经过处理后产生可见的痕迹。这些刻痕提供了有关粒子能量及其类型的信息——道μ中微子或电子——以及它们是中微子还是反中微子的线索。

冯说,乳剂的操作模式与前数码相机时代的摄影相似。当35mm胶片暴露在光线下时,光子会留下痕迹,当胶片显影时,这些痕迹会显示为图案。Faser研究人员还可以在移除和冲洗探测器的乳胶层后看到中微子的相互作用。

冯说:“在验证了乳胶探测器方法在观察粒子对撞机产生的中微子相互作用方面的有效性之后,Faser团队现在正准备用一个更大、更灵敏的完整仪器进行一系列新的实验。”

科学家首次在大型强子对撞机上检测到中微子迹象-第2张图片-IT新视野

自2019年以来,冯和他的同事一直在准备使用Faser仪器进行一项实验,以研究LHC的暗物质。他们希望探测到暗光子,这将使研究人员首次看到暗物质如何通过非引力与正常原子和宇宙中其他物质相互作用。

随着过去几年中微子工作的成功,由来自9个国家21个机构的76名物理学家组成的Faser团队正在将一种新的乳剂探测器与Faser仪器相结合。测试探测器的重量约为64磅,而法塞尔努仪器的重量将超过2400磅,而且反应性更强,可以区分中微子的类型。

Faser项目联合主任、UCI物理学和天文学副教授David Casper说:“考虑到我们新探测器的威力及其在欧洲核子研究中心的主要位置,我们预计在2022年开始的大型强子对撞机的下一次运行中,将记录超过10000次中微子相互作用。我们将探测到人类有史以来产生的最高能量的中微子。”

Casper指出,fasernu的独特之处在于,尽管其他实验可以区分一到两个中微子,但它将能够观察到所有三种类型的中微子及其反中微子对应物。Casper说,人类历史上只有大约10次对陶氏中微子的观察,但他希望他的团队将这一数字翻一番在接下来的三年或两年内。

冯教授说:“这是对UCI物理系传统的一次很好的合作,因为它继承了UCI创始老师弗雷德里克·雷恩斯(Frederick Reines)的遗产,他因首次发现中微子而获得了诺贝尔物理学奖。”。

“我们在世界领先的粒子物理实验室进行了一项世界级的实验,实验时间创纪录,来源非常非传统。我们非常感谢希辛西蒙斯基金会和西蒙斯基金会以及日本科学促进协会和欧洲核研究中心的慷慨支持。”Casper总结道。

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