O detector de partículas FASER aprovado pelo CERN a ser instalado no Large Hadron Collider em 2019 foi recentemente aprimorado com um detector de neutrino. A equipe FASER liderada pela UCI usou um detector menor do mesmo tipo em 2018 para fazer as primeiras observações das partículas elusivas geradas no colisor. Os pesquisadores disseram que o novo instrumento será capaz de detectar milhares de interações de neutrinos nos próximos três anos. crédito: CERN
A equipe internacional Forward Search Experiment, liderada por físicos da Universidade da Califórnia, Irvine, fez a primeira detecção de um neutrino candidato produzido pelo Large Hadron Collider nas instalações do CERN perto de Genebra, Suíça.
Em um artigo publicado hoje na revista revisão física dEm 2018, os pesquisadores descrevem como observaram seis interações de neutrinos durante uma execução experimental de um detector de emulsão pressurizada instalado no LHC em 2018.
"Antes deste projeto, não havia sinal de neutrinos no colisor de partículas", disse o coautor Jonathan Feng, Distinguido Professor de Física e Astronomia da UCI e co-líder da Colaboração FASER. "Esta importante descoberta é um passo em direção ao desenvolvimento de uma compreensão mais profunda dessas partículas indescritíveis e do papel que desempenham no universo."
Ele disse que a descoberta feita durante o piloto deu à sua equipe duas informações importantes.
"Primeiro, verifique se a posição dianteira do ponto de interação do ATLAS no LHC é o local correto para a detecção de neutrinos do colisor", disse Feng. "Em segundo lugar, nossos esforços demonstraram a eficácia do uso de um detector de emulsão para monitorar esses tipos de interações de neutrino."
O instrumento experimental foi composto por placas de chumbo e tungstênio alternadas com camadas de emulsão. Durante as colisões de partículas no LHC, alguns neutrinos se chocaram contra os densos núcleos de metal, criando partículas que viajam pelas camadas da emulsão e criam marcas visíveis após o processamento. Essas inscrições fornecem pistas sobre as energias e sabores da partícula – tau, múon ou elétron – e se são neutrinos ou antineutrinos.
De acordo com Feng, a emulsão funciona de maneira semelhante à fotografia na era pré-câmera digital. Quando o filme de 35 mm é exposto à luz, os fótons deixam rastros que aparecem como padrões conforme o filme é revelado. Os pesquisadores do FASER também foram capazes de ver as interações dos neutrinos depois que as camadas de emulsão no detector foram removidas e desenvolvidas.
O experimento FASER está localizado a 480 metros do ponto de interação do Atlas no Grande Colisor de Hádrons. De acordo com Jonathan Feng, Distinto Professor de Física e Astronomia da UCI e co-líder da Colaboração FASER, este é um bom site para detectar neutrinos de colisões de partículas nas instalações. crédito: CERN
Depois de verificar a eficácia da abordagem do detector de emulsão na observação das interações dos neutrinos produzidos em um colisor de partículasA equipe FASER está agora configurando uma nova série de experimentos usando um instrumento completo muito maior e significativamente mais sensível ", disse Feng.
Desde 2019, ele e seus colegas estão se preparando para conduzir um experimento usando os instrumentos FASER para examinar a matéria escura do LHC. Eles esperam detectar fótons escuros, o que daria aos pesquisadores um primeiro vislumbre de como isso pode acontecer. matéria escura Ele interage com átomos comuns e outras matérias no universo por meio de outras forças além da gravidade.
Com o sucesso de seus trabalhos com neutrinos nos últimos anos, a equipe FASER – formada por 76 físicos de 21 instituições em nove países – reúne emulsão Detector com dispositivo FASER. Enquanto o detector experimental pesa cerca de 64 libras, o instrumento FASERnu pesará mais de 2.400 libras e será mais reativo e capaz de distinguir entre os tipos de neutrinos.
disse o co-autor David Kasper, co-líder do FASER e professor associado de física e astronomia na UCI. "Vamos descobrir os neutrinos de mais alta energia que foram produzidos a partir de uma fonte feita pelo homem."
O que torna o FASERnu único, disse ele, é que enquanto outros experimentos foram capazes de distinguir entre um ou dois tipos de neutrinos, eles serão capazes de observar todos os três sabores, bem como seus equivalentes antineutrinos. Casper disse que houve apenas cerca de 10 observações de neutrinos de tau em toda a história humana, mas ele espera que sua equipe seja capaz de dobrar ou triplicar esse número nos próximos três anos.
"Esta é uma conexão incrivelmente fascinante com a tradição do departamento de física aqui na UCI", disse Feng, "porque continua o legado de Frederic Reines, um membro fundador do corpo docente da UCI que ganhou o Prêmio Nobel de Física por ser o primeiro a descobrir neutrinos. "
"Produzimos um experimento de classe mundial no principal laboratório de física de partículas do mundo em tempo recorde e com recursos pouco convencionais", disse Casper. "Temos uma grande dívida de gratidão com a Fundação Heising-Simons e a Fundação Simons, bem como com a Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência e o CERN, que generosamente nos apoiaram."
Savannah Shivley e Jason Arakawa, Ph.D. da UCLA. Estudantes de física e astronomia também contribuíram com a pesquisa.
Nascimento do FASER: um novo experimento que estudará partículas que interagem com a matéria escura
Henso Abreu et al, os dois primeiros candidatos para a interação de neutrino no LHC, revisão física d (2021). DOI: 10.1103 / PhysRevD.104.L091101
a citação: Physicists Discover Signs of Neutrinos at the Large Hadron Collider (2021, 26 de novembro), Recuperado em 26 de novembro de 2021 em https://phys.org/news/2021-11-physicists-neutrinos-large-hadron-collider.html