الأول علمي في منشأة CERN هو معاينة للحملة البحثية القادمة لمدة 3 سنوات.

كان فريق تجربة البحث الدولي المتقدم ، بقيادة علماء الفيزياء في جامعة كاليفورنيا ، إيرفين ، أول من حدد النيوترينو المرشَّح الناتج عن تصادم الهادرونات الكبير. سيرن منشأة بالقرب من جنيف ، سويسرا.

في ورقة بحثية نشرت في المجلة بتاريخ 24 نوفمبر 2021 مراجعة البدنية د، يصف الباحثون كيف لاحظوا ستة تفاعلات نيوترينو أثناء التشغيل التجريبي لمستحلب صغير تم تركيبه في LHC في عام 2018.

قال المؤلف المشارك جوناثان فينج ، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك في UCI والرئيس المشارك لتعاون FASER: “قبل هذا المشروع ، لم تكن هناك علامات على وجود نيوترينوات في تصادم الجسيمات”. “هذا التحسن الهام هو خطوة نحو تطوير فهم أعمق لهذه الجسيمات المراوغة ودورها في الكون.”

وقال إن الاكتشاف الذي تم خلال الطيار قدم معلومتين مهمتين لفريقه.

تم مؤخرًا تحسين الكشف عن الجسيمات المعتمدة من CERN للتثبيت على مصادم الهادرونات الكبير في عام 2019 باستخدام كاشف النيوترينو. استخدم فريق FASER بقيادة UCI ، في عام 2018 ، كاشفًا صغيرًا من نفس النوع لإجراء الملاحظات الأولى للجسيمات المراوغة التي تتشكل في التصادم. يقول الباحثون إن الجهاز الجديد يمكن أن يكتشف آلاف تفاعلات النيوترينو على مدى السنوات الثلاث المقبلة. شكر: الصورة مجاملة من CERN

قال فنغ: “أولاً ، أكد الموقع الأمامي لنقطة تفاعل ATLAS في LHC أنه الموقع الصحيح لاكتشاف اصطدام النيوترينو”. “ثانيًا ، أظهرت جهودنا فعالية استخدام كاشف المستحلب لمراقبة هذه الأنواع من تفاعلات النيوترينو.”

تم استبدال الأداة التجريبية بألواح الرصاص والتنغستن وصُنعت من طبقات الملاط. أثناء تصادم الجسيمات في LHC ، تنقسم بعض النيوترينوات إلى ذرات في معادن كثيفة ، وتشكل جسيمات تنتقل عبر طبقات الطين وتشكل علامات مرئية بعد العملية. توفر هذه المنحوتات أدلة حول طاقات الجسيمات وأذواقها – تاو أو الميون أو الإلكترون – وما إذا كانت نيوترينوات أم مضادات نيوترينوات.

وفقًا لـ Feng ، يعمل المستحلب بأسلوب مشابه للتصوير الفوتوغرافي للكاميرا الرقمية السابقة. عندما يتعرض الفيلم البالغ قطره 35 ملمًا للضوء ، تترك الفوتونات آثارًا تظهر كأشكال أثناء تشكل الفيلم. تمكن باحثو FASER من ملاحظة تفاعلات النيوترينو بعد إزالة طبقات المستحلب للكاشف وتحسينها.

“يقوم فريق FASER ، الذي اختبر فعالية نهج اكتشاف الاستحلاب في مراقبة تفاعلات النيوترينوات الناتجة في تصادم الجسيمات ، بتطوير سلسلة جديدة من التجارب بأداة كاملة أكبر بكثير وأكثر حساسية بشكل ملحوظ ،” قالت.

يقع اختبار FASER في مصادم الهادرونات الكبير ، على بعد 480 مترًا من نقطة اتصال أطلس. وفقًا لجوناثان فينج ، الأستاذ الشهير للفيزياء وعلم الفلك في UCI والرئيس المشارك لتعاون FASER ، يعد هذا مكانًا جيدًا للعثور على النيوترينوات الناتجة عن اصطدام الجسيمات في الحرم الجامعي. شكر: الصورة مجاملة من CERN

منذ عام 2019 ، كان هو وزملاؤه يستعدون لإجراء تجربة باستخدام أدوات FASER للتحقيق في المادة المظلمة في LHC. إنهم يأملون في اكتشاف الفوتونات المظلمة ، والتي ستمنح الباحثين نظرة مباشرة على كيفية تفاعل الموضوع مع الذرات العادية والأجسام الأخرى في الكون من خلال قوى غير جاذبية.

بعد نجاح عملهم في مجال النيوترينو على مدى السنوات القليلة الماضية ، قام فريق FASER المكون من 76 عالمًا فيزيائيًا من 21 شركة في تسعة بلدان – بدمج اكتشاف مرق جديد مع أداة FASER. على الرغم من أن الكاشف التجريبي يزن حوالي 64 رطلاً ، فإن أداة FASERnu تزن أكثر من 2400 رطل وهي شديدة التفاعل ويمكن تمييزها عن أنواع النيوترينو.

قال ديفيد كاسبار ، مؤلف مشارك في FASER: “استنادًا إلى قوة كاشفنا الجديد وموقعه الرئيسي على CERN ، نتوقع أن يكون المصادم LHC قادرًا على تسجيل أكثر من 10000 جهة اتصال نيوترينو في الجولة التالية ، بدءًا من عام 2022”. مشروع. رئيس وأستاذ مشارك للفيزياء والفلك في UCI. “سنجد النيوترينوات الأكثر نشاطًا التي تم إنتاجها من مصدر من صنع الإنسان.”

ما يجعل FASERnu فريدًا هو أنه في حين أن التجارب الأخرى يمكن أن تميز نوعًا أو نوعين من النيوترينوات ، إلا أنه يمكن أن يلاحظ جميع النكهات الثلاثة ونظيراتها المضادة للنيوترينو. قال كاسبار إنه لم يكن هناك سوى 10 ملاحظات لنيوترينوات داو عبر تاريخ البشرية ، لكن فريقه يمكن أن يضاعف هذا الرقم أو يضاعف ثلاث مرات في السنوات الثلاث المقبلة.

قال فنغ: “هذا رابط جيد بشكل لا يصدق مع تقاليد صناعة الفيزياء في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس”. كان أول من اكتشف نيوترينو “.

قال كاسبار: “لقد أنتجنا تجارب على مستوى عالمي في معمل فيزياء الجسيمات الأول في العالم مع وقت حطم الرقم القياسي وأكثر الأدلة غير التقليدية”. “نحن مدينون بالامتنان لمؤسسة Heising-Simons ومؤسسة Simons ، وكذلك للجمعية اليابانية لتعزيز العلوم و CERN لدعمهم السخي.”

ملحوظة: Henzo Abrew et al. “المرشحون الأوائل لاتصالات النيوترينو في LHC”. (تعاون FASER) ، 24 نوفمبر 2021 ، مراجعة البدنية د.
DOI: 10.1103 / PhysRevD.104.L091101

سافانا شيفلي وجيسون أراكاوا ، دكتوراه من جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس. ساهم طلاب الفيزياء وعلم الفلك أيضًا في المقالة.