Physiker entdecken zum ersten Mal Neutrinos mit Large Hadron Collider

Letzte Woche gab ein am Large Hadron Collider des CERN arbeitendes Physikerteam den allerersten Nachweis von Neutrinos bekannt, die zu den kleinsten und am schwächsten wechselwirkenden Teilchen gehören, die bisher nachgewiesen wurden.

Neutrinos sind im Grunde im Universum allgegenwärtig, aber nur unter den richtigen Bedingungen interagieren sie mit gewöhnlicher Materie. Billionen von Neutrinos passieren Ihren Körper, während Sie diesen Satz lesen. Aber um die Teilchen tatsächlich zu „sehen“, müssen Physiker unter extrem isolierten Bedingungen massive Detektoren bauen.

Neutrino-Detektoren wurden beispielsweise in kilometertiefem Eis vergraben oder im tiefsten See der Welt versenkt . Aber die jüngste Entdeckung – die letzte Woche in Physical Review D veröffentlicht wurde – dreht dieses Skript um, da es die erste ist, die aus einem Collider kommt.

„Vor diesem Projekt wurden noch nie Anzeichen von Neutrinos an einem Teilchenbeschleuniger gesehen“, sagte der Co-Autor der Studie, Jonathan Feng, Physiker an der University of California- Irvine und Co-Leiter der Kollaboration, die das Experiment leitete. in einer Pressemitteilung . „Dieser bedeutende Durchbruch ist ein Schritt hin zu einem tieferen Verständnis dieser schwer fassbaren Teilchen und ihrer Rolle im Universum.“

Die Teilchen wurden durch einen Pilotlauf eines Emulsionsdetektors namens FASER , einem Teilchenphysik-Experiment am Large Hadron Collider, nachgewiesen. Emulsionsdetektoren sind eine Möglichkeit, nach superkleinen Teilchen zu suchen, wie dem unbekannten Stoff, der dunkle Materie ausmacht.

Der FASER-Pilotdetektor bestand aus abwechselnden Blei- und Wolframplatten (101 bzw. 120), die jeweils eine entsprechende Anzahl von Emulsionsfilmen enthielten. Neutrinos, die durch die Reaktionen im Large Hadron Collider erzeugt wurden, schlagen in die Schwermetallkerne in FASER ein und hinterlassen Spuren ihrer Anwesenheit auf den Emulsionsschichten.

FASER ist ein Vorläufer von FASERnu, einem geplanten Experiment, das reaktiver und anspruchsvoller sein wird als das aktuelle Pilotprojekt. Neben der Untersuchung der Wechselwirkungen hochenergetischer Neutrinos soll FASERnu auch nach neuen schwach gekoppelten Elementarteilchen und Kandidaten für dunkle Materie wie dunklen Photonen suchen.

„Angesichts der Leistungsfähigkeit unseres neuen Detektors und seines erstklassigen Standorts am CERN erwarten wir, im nächsten Lauf des LHC ab 2022 mehr als 10.000 Neutrino-Wechselwirkungen aufzeichnen zu können“, sagte David Casper, ebenfalls Physiker am UC- Irvine, Co-Lead von FASER und Co-Autor des neuen Papers, in derselben Pressemitteilung. „Wir werden die energiereichsten Neutrinos entdecken, die jemals aus einer von Menschenhand geschaffenen Quelle produziert wurden.“

FASERnu wird dieses Jahr am Large Hadron Collider installiert und wird im nächsten Jahr, zeitgleich mit dem dritten Lauf des Colliders, mit der Datenerhebung beginnen. FASERnu wird auch Daten über die Art der erkannten Neutrinos sowie deren Geschmacksrichtungen enthalten. Bis 2024 werden viele der verschwindend kleinen Partikel – und neue Details zu ihrer Identität – dokumentiert sein.

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