物理学者はLHCで初めて不可解な「ゴースト粒子」を発見します

素粒子物理学の大きな進歩は、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）で達成されました。

初めてのフィルター ニュートリノ それらはLHCだけでなく、 どれの 粒子衝突型加速器。

FASERnu Sub-Nutrino Detectorを使用して発見されたニュートリノの6つの相互作用は、技術の実現可能性を証明するだけでなく、特に高エネルギーでこれらの不思議な粒子を研究するための新しい道を開きます。

「このプロジェクトの前は、粒子衝突型加速器にニュートリノの兆候はありませんでした」と彼は言いました。 物理学者のジョナサン・フェンは次のように述べています。 カリフォルニア大学アーバイン校のFASERコラボレーションの共同議長。

「この重要な突破口は、これらのとらえどころのない粒子とそれらが宇宙で果たす役割についてのより深い理解を深めるための一歩です。」

実際、ニュートリノはいたるところに見られます。 これは、宇宙で最も豊富な亜原子粒子の1つです。 しかし、電荷を持たず、質量もほぼゼロであるため、ほぼ光速で宇宙を流れていても、ほとんど相互作用しません。 現在、何十億ものものがあなたの中を流れています。 ニュートリノの場合、宇宙の残りの部分は本質的に重要ではありません。 このため、それらはゴースト粒子としても知られています。

それらが相互作用することはめったにありませんが、これは決して同じではありません。 のような検出器 アイスキューブ 南極では、 スーパーカミオカンデ 日本と ミニポン イリノイ州のフェルミラボでは、たとえば、ニュートリノが完全に暗い環境で他の粒子と相互作用するときに現れる光のシャワーをキャプチャするように設計された高感度の光検出器アレイを使用しました。

しかし、長い間、科学者たちは粒子衝突で生成されたニュートリノも研究したいと考えていました。 これは、主にハドロンの崩壊から現れるコライダーニュートリノが非常に高いエネルギーで生成されるためであり、十分に研究されていません。 コライダーニュートリノ検出は、他の場所ではめったに見られないエネルギーとタイプのニュートリノへのアクセスを提供します。

FASERnuはファイルとして知られているものです 乳化剤試薬。 鉛とタングステンのプレートが乳剤の層と交互になっている：LHCでの粒子実験中に、ニュートリノが鉛とタングステンのプレートの核と衝突し、電離放射線が経路を作るのと同じように、粒子が乳剤の層に痕跡を残す可能性があります。 NS クラウドルーム。

絵画は写真フィルムのように現像する必要があります。 次に、物理学者は粒子の軌道を分析して、何が粒子を生成したかを確認できます。 それがニュートリノであるかどうかにかかわらず、ニュートリノの「フレーバー」またはタイプは何ですか。 ニュートリノには、電子、ミューオン、タウの3つのフレーバーと、それらの反ニュートリノの対応物があります。

2018年に実施されたFASERnuの実験では、6つの候補ニュートリノ相互作用がエマルジョン層で記録されました。 大型ハドロン衝突型加速器での運用中に生成される粒子の数を考えると、これはそれほど多くないように聞こえるかもしれませんが、コラボレーションに2つの重要な情報を提供しました。

「まず、LHC内のATLAS相互作用点の前方位置が、衝突型ニュートリノを検出するための正しい位置であることを確認します。」 風水は言った。 「第二に、私たちの努力は、エマルジョン検出器を使用してこれらのタイプのニュートリノ相互作用を監視することの有効性を実証しました。」

実験用検出器は、約29キログラム（64ポンド）の比較的小さなデバイスでした。 チームは現在、約1,100キログラム（2,400ポンド以上）のフルバージョンに取り組んでいます。 この機器は非常に感度が高く、研究者はニュートリノのフレーバーを反ニュートリノの対応物と区別することができます。

彼らは、3回目のLHC観測サイクルで、2,000億個の電子ニュートリノ、6兆個のミューニュートリノ、90億個のタウニュートリノ、およびそれらの反ニュートリノが生成されると予測しています。 これまでのところ、合計で約10個のタウニュートリノしか検出されていないため、これはかなり大きな問題になります。

協同組合はまた、よりとらえどころのない獲物に見えます。 彼らは明らかにすることへの高い期待を持っています 暗い光子、これは現在架空のものですが、の性質を明らかにするのに役立つ可能性があります 暗黒物質宇宙の問題の大部分を構成する神秘的で検出不可能な質量。

しかし、ニュートリノの発見だけでも、宇宙の基本的な構成要素を理解するための非常にエキサイティングな一歩です。

「私たちの新しい検出器のパワーとCERNの主要な場所を考えると、2022年から始まるLHCの次のラウンドで10,000を超えるニュートリノ相互作用を記録できると期待しています。」 物理学者で天文学者のDavidKasperは次のように述べています。 カリフォルニア大学アーバイン校のFASERプロジェクトの共同議長。

「私たちは、人工の源から生成された最高エネルギーのニュートリノを発見します。」

チームの研究はで公開されました 物理的レビューd。