Per la prima volta, i fisici rilevano segni di neutrini al Great Hadron Collider

Scientific First al CERN è una dimostrazione della prossima campagna di ricerca triennale.

Il team dell’International Advanced Search Experiment, guidato dai fisici dell’Università della California, Irvine, ha scoperto per la prima volta il neutrino candidato prodotto dal Large Hadron Collider. CERN Strutture vicino a Ginevra, Svizzera.

In un articolo di rivista pubblicato il 24 novembre 2021 panoramica fisica dIn questo, i ricercatori descrivono come hanno osservato sei interazioni di neutrini durante la corsa sperimentale di un rilevatore di emulsioni pressurizzate installato presso l’LHC nel 2018.

“Prima di questo progetto, nessun segno di neutrini era mai stato osservato su un precipitatore di particelle”, ha detto il coautore Jonathan Fang, un illustre professore di fisica e astronomia all’UCI e co-leader della collaborazione FASER. “Questo importante passo avanti è un passo verso una comprensione più profonda di queste particelle sfuggenti e del loro ruolo nell’universo”.

Ha detto che la sua squadra ha ricevuto due importanti informazioni dalla ricerca del pilota.

Il rivelatore di particelle FASER, approvato dal CERN per l’installazione nel Large Hadron Accelerator nel 2019, è stato recentemente ampliato con un rivelatore di neutrini. Nel 2018, un team FASER guidato dall’UCI ha utilizzato un rilevatore più piccolo dello stesso tipo per effettuare le prime osservazioni di particelle sfuggenti prodotte su un precipitatore. I ricercatori affermano che il nuovo strumento sarà in grado di rilevare migliaia di interazioni di neutrini nei prossimi tre anni. Credito: foto di CERN

“In primo luogo, è stato verificato che il sito adiacente al punto di interazione ATLAS di LHC è il luogo per la scoperta del neutrino del coagulo”, ha detto Fang. “In secondo luogo, i nostri sforzi hanno dimostrato l’efficacia dell’utilizzo di un rilevatore di emulsioni per monitorare questi tipi di interazioni di neutrini”.

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Lo strumento sperimentale è costituito da fogli di piombo e tungsteno che si alternano a strati di emulsione. Durante le collisioni di particelle nell’LHC, alcuni dei neutrini si sono schiantati contro il nucleo metallico denso, formando particelle che passano attraverso gli strati dell’emulsione e creano tracce visibili dopo l’elaborazione. Queste iscrizioni forniscono informazioni sull’energia e il gusto delle particelle – tau, muone o elettrone – e se sono neutrini o antineutrini.

Secondo Fang, l’emulsione funziona in modo simile alla fotografia nell’era delle fotocamere digitali. Quando la pellicola da 35 mm viene esposta alla luce, i fotoni lasciano tracce che appaiono come modelli durante lo sviluppo della pellicola. Allo stesso modo, i ricercatori FASER sono stati in grado di osservare le interazioni dei neutrini dopo aver rimosso e sviluppato gli strati di emulsione dei reagenti.

“Dopo aver verificato l’efficacia dell’approccio del rilevatore di emulsione nell’osservare le interazioni dei neutrini generate dai precipitatori di particelle, il team FASER propone ora una nuova serie di esperimenti con uno strumento completo molto più grande e significativamente più efficiente”, ha affermato Fang.

Mappa dell'esperienza FASER

L’esperimento FASER si trova a 480 metri dal punto di interazione Atlas del Large Hadron Collider. Secondo Jonathan Fang, un illustre professore di fisica e astronomia all’UCI e co-leader della collaborazione FASER, questo è un buon posto per individuare i neutrini dalle collisioni di particelle nella struttura. Credito: foto di CERN

Dal 2019, lui e i suoi colleghi si stanno preparando a condurre un esperimento utilizzando strumenti FASER per esaminare la materia oscura di LHC. Sperano di essere in grado di rilevare i fotoni oscuri, il che darà ai ricercatori una prima occhiata a come la materia oscura interagisce con gli atomi ordinari e altra materia nell’universo attraverso forze non gravitazionali.

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Dopo il successo del loro lavoro sui neutrini negli ultimi anni, il team FASER, composto da 76 fisici provenienti da 21 istituzioni in 9 paesi, sta costruendo un nuovo rilevatore di emulsioni utilizzando lo strumento FASER. Mentre il rivelatore sperimentale pesa circa 64 libbre, FASERn peserà più di 2.400 libbre e sarà più sensibile e in grado di distinguere tra i tipi di neutrini.

ha affermato il coautore David Casper, coautore del progetto FASER. Cattedra e Professore Associato di Fisica e Astronomia presso UCI. “Troveremo neutrini con la più alta energia mai creata da una fonte artificiale”.

Ciò che rende unico FASERna, ha detto, è che mentre altri esperimenti sono stati in grado di distinguere tra uno o due tipi di neutrini, saranno in grado di monitorare tutti e tre i sapori così come le loro controparti antineutrini. Casper ha detto che nella storia umana sono stati osservati solo 10 neutrini tau, ma si aspetta che la sua squadra sarà in grado di raddoppiare o triplicare quel numero nei prossimi tre anni.

“È un collegamento incredibilmente notevole con la tradizione del Dipartimento di Fisica dell’UCLA”, ha affermato Fang, “in quanto continua l’eredità del membro fondatore dell’UCI Friedrich Reines, vincitore del premio Nobel per la fisica”. Il neutrino è stato scoperto per la prima volta. “

“Abbiamo condotto un esperimento di livello mondiale presso il laboratorio di fisica delle particelle leader al mondo in tempi record e con fonti molto non convenzionali”, ha affermato Casper. “Siamo grati alla Fondazione Heising-Simmons e alla Fondazione Simmons, nonché alla Japan Science Association e al CERN, che ci hanno generosamente sostenuto”.

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Riferimento: “Il primo candidato per l’interazione di neutroni nell’LHC” di Hanso Abreu et al. (Collaborazione FASER), 24 novembre 2021 Disponibile qui. panoramica fisica de
DOI: 10.1103/ PhysRevD.104.L091101

Savannah Shefali e Jason Arakawa, Ph.D. dell’Università della California. Alla ricerca hanno contribuito anche studenti di fisica e astronomia.

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