Os cientistas finalmente detectaram neutrinos no colisor de partículas: ScienceAlert

Finalmente, o fantasma já está na máquina: pela primeira vez, os cientistas criaram neutrinos em um colisor de partículas.

Essas abundantes e misteriosas partículas subatômicas são tão distantes do resto da matéria que deslizam através delas como espectros, tornando-as conhecidas como “partículas fantasmas”.

Os pesquisadores dizem que este trabalho marca a primeira observação direta dos neutrinos do colisor e nos ajudará a entender como essas partículas se formam, quais são suas propriedades e seu papel na evolução do universo.

Resultados obtidos usando o detector FASERnu no Large Hadron Collider, Tem sido mostrado Na 57ª Conferência Rencontres de Moriond sobre Interações Eletrofracas e Teorias Unificadas na Itália.

“Descobrimos neutrinos de uma fonte completamente nova – colisores de partículas – onde você tem dois feixes de partículas colidindo em uma energia extremamente alta,” diz o físico de partículas Jonathan Feng pela Universidade da Califórnia, Irvine.

Os neutrinos estão entre as partículas subatômicas mais abundantes no universo, perdendo apenas para os fótons. Mas eles não têm carga elétrica, sua massa é próxima de zero e dificilmente interagem com outras partículas que encontram. Centenas de bilhões de neutrinos estão fluindo pelo seu corpo agora.

Os neutrinos são produzidos em condições energéticas, como a fusão nuclear que ocorre dentro das estrelas ou explosões de supernovas. E embora não possamos notá-los diariamente, os físicos acreditam que sua massa – por menor que seja – pode afetar a gravidade do universo (embora os neutrinos tenham sido amplamente Salta como matéria escura).

Embora sua interação com a matéria seja insignificante, ela não é totalmente inexistente; De vez em quando, um neutrino cósmico colide com outra partícula, resultando em uma explosão muito fraca de luz.

Detectores subterrâneos, isolados de outras fontes de radiação, podem detectar essas explosões. cubo de gelo na Antártida, Super Kamiokande no Japão e mini coque O Fermilab em Illinois tem três desses reagentes.

No entanto, os físicos há muito procuram produzir neutrinos em colisores de partículas porque as altas energias usadas não foram tão bem estudadas quanto os neutrinos de baixa energia.

“Eles podem nos contar sobre o espaço profundo de maneiras que não poderíamos aprender de outra forma”, diz o físico de partículas Jamie Boyd, do CERN. “Esses neutrinos de alta energia no LHC são importantes para a compreensão de observações realmente emocionantes na astrofísica de partículas”.

FASERnu é um arquivo detector de emulsão Consiste na alternância de placas de tungstênio de espessura milimétrica com camadas de filme de emulsão. O tungstênio foi escolhido por causa de sua alta densidade, o que aumenta a probabilidade de interações de neutrinos; O detector consiste em 730 filmes de emulsão com uma massa total de tungstênio de cerca de 1 tonelada.

Durante experimentos de partículas no LHC, os neutrinos podem colidir com os núcleos das folhas de tungstênio, produzindo partículas que deixam rastros em camadas de emulsão, da mesma forma que a radiação ionizante deixa rastros em sala de nuvem.

Como os filmes fotográficos, esses painéis precisam ser revelados antes que os físicos possam analisar as trajetórias das partículas para ver o que as produziu.

Seis neutrinos candidatos foram identificados e publicados novamente em 2021. Agora, os pesquisadores confirmaram sua descoberta, usando dados da terceira rodada do LHC atualizado que começou no ano passado, com um nível de significância de 16 sigma.

Isso significa que a probabilidade de produzir os sinais por acaso é tão baixa que é nula; O nível de significância de 5 sigma é suficiente para se qualificar como uma descoberta na física de partículas.

A equipe do FASER ainda está trabalhando duro para analisar os dados coletados pelo detector, e parece provável que mais detecções de neutrinos ocorram. Espera-se que a terceira operação do LHC continue até 2026Coleta e análise contínuas de dados.

Em 2021, o físico David Casper, da Universidade da Califórnia, em Irvine, prevê que a corrida produzirá cerca de 10.000 interações de neutrinos, o que significa que mal arranhamos a superfície do que o FASERnu tem a oferecer.

“Os neutrinos são as únicas partículas conhecidas que experimentos muito maiores no Grande Colisor de Hádrons não podem detectar diretamente.” Ele dizPortanto, a observação bem-sucedida do FASER significa que todo o potencial físico do colisor está sendo finalmente explorado.

Os resultados da equipe Apresentado no 57º Congresso Rencontres de Moriond Interações Eletrofracas e Teorias Unificadas.