官方消息：首次在對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)中檢測(cè)到中微子

幽靈終于真的在機(jī)器里了。今年早些時(shí)候，科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)中微子在粒子對(duì)撞機(jī)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(hào)。

研究人員表示，這項(xiàng)工作代表了對(duì)撞機(jī)中微子的首次直接觀測(cè)，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?cè)谟钪嫜莼械淖饔谩?/p>

使用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上的FASERnu探測(cè)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(huì)議上。

“我們從一個(gè)全新的來源——粒子對(duì)撞機(jī)——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(shí)的加州大學(xué)歐文分校。

現(xiàn)在，兩篇同行評(píng)審論文（這里和這里）終于在檢測(cè)上公布了，使得整個(gè)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?，F(xiàn)在有數(shù)千億個(gè)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(huì)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(huì)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(shí)不時(shí)地，一個(gè)宇宙中微子與另一個(gè)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(cè)器可以探測(cè)到這些爆發(fā)。冰立方在南極洲，超級(jí)神岡在日本，以及迷你布尼在伊利諾伊州的費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室有三個(gè)這樣的探測(cè)器。

然而，粒子對(duì)撞機(jī)中產(chǎn)生的中微子長(zhǎng)期以來一直被物理學(xué)家所尋找，因?yàn)樗婕暗母吣芰坎蝗绲湍苤形⒆拥玫胶芎玫难芯俊?/p>

“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。“大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中的這些非常高能的中微子對(duì)于理解粒子天體物理學(xué)中真正令人興奮的觀測(cè)結(jié)果非常重要。

法瑟努是一個(gè)乳化檢測(cè)器由毫米厚的鎢板與乳液膜層交替組成。選擇鎢是因?yàn)槠涓呙芏龋黾恿酥形⒆酉嗷プ饔玫目赡苄?該探測(cè)器由730個(gè)乳液膜組成，鎢總質(zhì)量約為1噸。

在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的粒子實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(gè)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(shí)了他們的發(fā)現(xiàn)，使用了去年開始的升級(jí)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)第三次運(yùn)行的數(shù)據(jù)，其顯著性水平16 西格瑪.

這意味著信號(hào)隨機(jī)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(tuán)隊(duì)仍在努力分析探測(cè)器收集的數(shù)據(jù)，似乎可能會(huì)有更多的中微子探測(cè)隨之而來。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的第3次運(yùn)行預(yù)計(jì)將繼續(xù)進(jìn)行直到2026年，數(shù)據(jù)收集和分析正在進(jìn)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(jì)運(yùn)行將產(chǎn)生大約10,000個(gè)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(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的更大實(shí)驗(yàn)無法直接探測(cè)到，”他說，“所以FASER的成功觀測(cè)意味著對(duì)撞機(jī)的全部物理潛力終于被開發(fā)出來了。

該團(tuán)隊(duì)的結(jié)果已發(fā)表在物理評(píng)論信這里和這里.

本文的一個(gè)版本于 2023 年 3 月首次發(fā)布。

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