În primul rând, neutrinii au fost surprinși interacționând la Large Hadron Collider

Pretenția de faimă a lui Large Hadron Collider este capacitatea sa de a dezvălui particule subatomice evazive. Dar există o clasă de particule pe care nu le-a detectat niciodată direct, chiar dacă le produce din abundență. Neutrinii, particule elementare minuscule, interacționează atât de puțin cu materia, încât navighează prin detectorii masivi ai acceleratorului de particule neobservați (SN: 4/8/21).

Acum, într-un experiment de dovadă a conceptului, au fost observate primele dovezi ale interacțiunilor cu neutrini la LHC, cercetătorii cu raportul de colaborare FASER din 13 mai la arXiv.org. Tehnica ar putea deschide o fereastră către neutrini la energii pentru care interacțiunile particulelor sunt puțin înțelese.

Este prima privire de neutrini produși într-un ciocnitor de particule, un tip de accelerator de particule care zdrobește fasciculele de particule. Fizicienii au detectat neutrini de la acceleratorii de particule prin spargerea unui fascicul de particule într-o țintă staționară, dar nu în timpul coliziunilor. Căutarea neutrinilor în ciocnirile de particule le permite oamenilor de știință să cerceteze energii mai mari, dar face și neutrinii mai dificil de studiat.

Pentru a surprinde neutrinii care interacționează, cercetătorii au folosit un detector care conținea filme similare cu cele folosite în filmul fotografic. Când o particulă încărcată trece printr-o peliculă, ea lasă în urmă un marcaj unde a fost. Neutrinii, care nu au încărcare electrică, nu lasă urme în detector. Dar atunci când un neutrin interacționează cu materia din interiorul detectorului, produce un jet de particule încărcate care indică un neutrin ca sursă.

Cercetătorii și-au pus detectorul într-o regiune prin care trec neutrinii în timp ce trage înainte de la ciocnirile de particule în detectorul ATLAS al LHC. După ce au estimat câte dintre detecții s-ar putea datora altor particule care pot imita neutrinii, cercetătorii raportează că au surprins aproximativ șase interacțiuni cu neutrini.

LHC, situat în apropiere de Geneva, a fost închis pentru upgrade din 2018. Experimentul, efectuat cu puțin timp înainte de oprire, a servit drept test pentru un experiment viitor, numit FASERν, care va porni când LHC va reporni în 2022. FASERν este de așteptat să detecteze aproximativ 10.000 de neutrini în următoarea perioadă de operațiuni LHC, din 2022 până în 2024.

Cu FASERν, cercetătorii vor măsura secțiunile transversale ale neutrinilor, o măsură a cât de probabil este ca particulele să interacționeze cu materialul. Acest lucru este important pentru a putea efectua alte măsurători pe neutrini. De exemplu, oamenii de știință pot afla despre producția de neutrini energetici în stelele care explodează și alte surse cosmice prin detectarea acestora pe Pământ. Dar pentru a determina cât de răspândiți sunt astfel de neutrini, oamenii de știință trebuie să știe cât de probabil sunt acești neutrini să interacționeze cu detectorii.

Secțiunile transversale depind de energiile particulelor, iar la LHC, „putem studia intervalul de energie pe care nu l-am studiat”, spune fizicianul particulelor Tomoko Ariga de la Universitatea Kyushu din Fukuoka, Japonia, membru al colaborării FASER.

Nu este o surpriză să găsești neutrini la LHC. „Acesta nu este rezultatul care distruge Pământul”, spune fizicianul particulelor Deborah Harris de la Universitatea York din Toronto și Fermilab din Batavia, Illinois, care nu a fost implicat în cercetare. În schimb, arată că detectarea neutrinilor la LHC este posibilă. „Această idee nu este total nebună”, spune ea.