官方消息：首次在對撞機實驗中檢測到中微子

幽靈終于真的在機器里了。今年早些時候，科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)中微子在粒子對撞機中創(chuàng)建。

那些豐富而神秘的亞原子粒子與物質(zhì)的其余部分如此分離，以至于它們像幽靈一樣滑過它，為它們贏得了“幽靈粒子”的綽號。

研究人員表示，這項工作代表了對撞機中微子的首次直接觀測，并將幫助我們了解這些粒子是如何形成的，它們的性質(zhì)是什么，以及它們在宇宙演化中的作用。

使用大型強子對撞機上的FASERnu探測器獲得的結(jié)果，被介紹早在 2023 年 3 月在意大利舉行的第 57 屆莫里昂德電弱相互作用和統(tǒng)一理論會議上。

“我們從一個全新的來源——粒子對撞機——發(fā)現(xiàn)了中微子，在那里你有兩束粒子以極高的能量撞擊在一起，”粒子物理學(xué)家喬納森·馮說當(dāng)時的加州大學(xué)歐文分校。

現(xiàn)在，兩篇同行評審論文（這里和這里）終于在檢測上公布了，使得整個事情更加官方和令人興奮.

中微子是宇宙中最豐富的亞原子粒子之一，僅次于光子。但它們沒有電荷，它們的質(zhì)量幾乎為零，它們幾乎不與遇到的其他粒子相互作用。現(xiàn)在有數(shù)千億個中微子流經(jīng)你的身體。

中微子是在能量環(huán)境中產(chǎn)生的，例如核聚變這發(fā)生在恒星內(nèi)部，或超新星爆炸。雖然我們可能不會在日?；A(chǔ)上注意到它們，但物理學(xué)家認(rèn)為它們的質(zhì)量——然而輕微– 可能會影響宇宙的引力（盡管中微子幾乎被排除為暗物質(zhì)).

雖然它們與物質(zhì)的相互作用很小，但并非完全不存在;時不時地，一個宇宙中微子與另一個粒子碰撞，產(chǎn)生非常微弱的光爆發(fā)。

與其他輻射源隔離的地下探測器可以探測到這些爆發(fā)。冰立方在南極洲，超級神岡在日本，以及迷你布尼在伊利諾伊州的費米實驗室有三個這樣的探測器。

然而，粒子對撞機中產(chǎn)生的中微子長期以來一直被物理學(xué)家所尋找，因為所涉及的高能量不如低能中微子得到很好的研究。

“他們可以以我們無法學(xué)習(xí)的方式告訴我們深空，”歐洲核子研究中心的粒子物理學(xué)家杰米博伊德說?！按笮蛷娮訉ψ矙C中的這些非常高能的中微子對于理解粒子天體物理學(xué)中真正令人興奮的觀測結(jié)果非常重要。

法瑟努是一個乳化檢測器由毫米厚的鎢板與乳液膜層交替組成。選擇鎢是因為其高密度，增加了中微子相互作用的可能性;該探測器由730個乳液膜組成，鎢總質(zhì)量約為1噸。

在大型強子對撞機的粒子實驗中，中微子可以與鎢板中的原子核碰撞，產(chǎn)生在乳液層中留下軌跡的粒子，有點像電離輻射在乳液層中留下軌跡的方式。云室.

這些板需要像照相膠片一樣顯影，然后物理學(xué)家才能分析粒子軌跡以找出產(chǎn)生它們的原因。

確定了六個中微子候選者，早在 2021 年發(fā)布.現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)證實了他們的發(fā)現(xiàn)，使用了去年開始的升級大型強子對撞機第三次運行的數(shù)據(jù)，其顯著性水平16 西格瑪.

這意味著信號隨機產(chǎn)生的可能性非常低，幾乎為零;5 Sigma 的顯著性水平足以成為粒子物理學(xué)的發(fā)現(xiàn)。

FASER團隊仍在努力分析探測器收集的數(shù)據(jù)，似乎可能會有更多的中微子探測隨之而來。大型強子對撞機的第3次運行預(yù)計將繼續(xù)進行直到2026年，數(shù)據(jù)收集和分析正在進行中。

早在 2021 年，加州大學(xué)歐文分校的物理學(xué)家大衛(wèi)·卡斯珀預(yù)計運行將產(chǎn)生大約10,000個中微子相互作用，這意味著我們幾乎沒有觸及FASERnu所提供的表面。

“中微子是唯一已知的粒子，大型強子對撞機的更大實驗無法直接探測到，”他說，“所以FASER的成功觀測意味著對撞機的全部物理潛力終于被開發(fā)出來了。

該團隊的結(jié)果已發(fā)表在物理評論信這里和這里.

本文的一個版本于 2023 年 3 月首次發(fā)布。

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