Большой адронный коллайдер использовался для обнаружения всех известных частиц, кроме нейтрино. До настоящего времени

Нейтрино — одни из самых загадочных частиц во всей физике. Обладая нейтральным зарядом и массой, близкой к нулю, нейтрино редко взаимодействуют с другим веществом, и поэтому их, как известно, трудно наблюдать. Ученые еще многое о них узнали, в том числе идентифицировали три типа нейтрино (электрон, мюон и тау-частицы), но наблюдать за ними было совсем другое дело. Хотя нейтрино были обнаружены с помощью современного оборудования, физики надеялись лучше понять нейтрино, увидев их внутри коллайдера частиц.

Результатом стал ошеломляющий успех: эксперимент, в котором были обнаружены нейтрино, непохожие ни на один другой, когда-либо проводившийся.

Теперь, благодаря ученым из двух разных институтов, нейтрино были обнаружены в коллайдере — и мир физики, возможно, никогда не станет прежним.

Для достижения этой цели исследователи из FASER (Эксперимент прямого поиска) и SND (Детектор рассеяния и нейтрино) @LHC использовали Большой адронный коллайдер (LHC), швейцарскую машину, которая также является крупнейшим в мире коллайдером частиц с самой высокой энергией. По сути, он существует как гигантская петля, построенная в туннеле длиной 27 километров (17 миль). Хотя обнаружение нейтрино в коллайдере может показаться академической забавой, учёные, которые это сделали, полагают, что благодаря этому процессу они смогут многое узнать об атомной структуре Вселенной.

Связанный

«Нейтрино производятся в очень большом количестве в протонных коллайдерах, таких как БАК», — рассказал Phys.org Кристовао Вилела, участник сотрудничества SND@LHC. «Однако до сих пор эти нейтрино никогда не наблюдались напрямую. Очень слабое взаимодействие нейтрино с другими частицами делает их обнаружение очень сложным, и из-за этого они являются наименее изученными частицами в Стандартной модели физики элементарных частиц».

FASER обнаружил нейтрино, расположив свой детектор вдоль линии пучка частиц таким образом, чтобы через него проходили нейтрино самой высокой энергии. Используя 730 листов вольфрама толщиной 0,044 дюйма каждый, команде FASER удалось проследить траектории сталкивающихся частиц. Сделав это, они смогли обнаружить 153 нейтринных события, используя свой «очень маленький и недорогой» детектор.

Аналогичным образом, SND@LHC сообщил о появлении дополнительных 8 нейтринных событий после того, как их детектор был отложен в сторону. Как и команда FASER, этот защитил свой детектор сотней метров камня и бетона, чтобы большая часть ненейтринных частиц не могла пройти сквозь него.

Результатом стал ошеломляющий успех: эксперимент, в котором были обнаружены нейтрино, непохожие ни на один другой, когда-либо проводившийся.

«Раньше считалось, что физика элементарных частиц разделена на две части: эксперименты с высокими энергиями, которые требовались для изучения тяжелых частиц, таких как топ-кварки и бозоны Хиггса, и эксперименты с высокой интенсивностью, которые требовались для изучения нейтрино», — Джонатан Ли Фэн, со-представитель коллаборации FASER рассказал Phys.org. «Эта работа показала, что эксперименты с высокими энергиями также могут изучать нейтрино, и таким образом объединила границы высоких энергий и высоких интенсивностей».

«Коллайдеры частиц существуют уже более 50 лет и обнаружили все известные частицы, кроме нейтрино», — добавил он.

Хотите больше историй о здоровье и науке на свой почтовый ящик? Подпишитесь на еженедельную рассылку Салона The Vulgar Scientist.

В каждую секунду примерно 100 триллионов нейтрино проходят через человеческое тело и оставляют человека невредимым.

Впервые гипотеза о существовании нейтрино была высказана в 1930-х годах, после того как ученые, работавшие над разработкой ядерного оружия, заметили, что довольно часто ядерные реакции, по-видимому, несут меньше энергии, чем частицы, которые им предшествовали. Учитывая, что закон сохранения гласит, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, логично предположить, что существуют субатомные частицы, о которых люди еще не знали, и которые объясняют потерю энергии.

В 1956 году физики Фредерик Рейнс и Клайд Коуэн возглавили группу исследователей, подтвердивших существование нейтрино. С тех пор нейтрино обнаруживаются на Солнце, во время вспышек сверхновых и даже при взаимодействии космических лучей с верхними слоями атмосферы. Тем не менее, ученым до сих пор крайне сложно проводить эксперименты с частицами, которые близки к безмассовым и не взаимодействуют с другой материей. Именно это делает эксперименты БАК такими новаторскими.