Коллаборация FASER впервые зарегистрировала нейтрино, полученные на коллайдере в CERN
«Мы обнаружили нейтрино от совершенно нового источника, коллайдера, где при сверхвысоких энергиях происходит столкновение двух пучков ускоренных частиц, в результате чего рождаются нейтрино», ― рассказал Джонатан Фэн (Jonathan Feng), специалист в области физики элементарных частиц Калифорнийского университета в Ирвайне (UC Irvine) и соруководитель коллаборации FASER, которая объединяет более 80 ученых из 22 научных центров, в том числе ОИЯИ.
В воскресенье, Брайен Петерсен (Brian Petersen), специалист в области физики элементарных частиц CERN, объявил от лица коллаборации FASER результаты этих исследований на 57-й Мориондской конференции «Электрослабые взаимодействия и единые теории» (Rencontres de Moriond Electroweak and Unified Theories Conference), проходившей в Италии.
«Мы знаем, что нейтрино существуют, ― заметил Джейми Бойд (Jamie Boyd), специалист в области физики элементарных частиц, работающий в CERN и вместе с Джонатаном Фэном являющийся соруководителем коллаборации FASER. ― Они известны нам уже несколько десятилетий и сыграли важную роль в формировании Стандартной модели физики элементарных частиц. Однако до сих пор ни в одном эксперименте не было зарегистрировано ни одного нейтрино, рожденного в столкновении пучков».
Это самый последний из результатов, полученных на детекторе частиц FASER (Forward Search Experiment), который был спроектирован и построен международной группой физиков в Европейском центре ядерных исследований CERN в Женеве (Швейцария). Здесь детектор FASER регистрирует частицы, полученные на Большом адронном коллайдере (Large Hadron Collider, LHC).
Вклад ученых ОИЯИ в нейтринную физику начался с работ Бруно Понтекорво. Вплоть до сегодняшнего дня большая часть изучаемых физиками нейтрино были относительно низкоэнергетическими. А нейтрино, зарегистрированные FASER, ― нейтрино самых высоких энергий, когда-либо полученных в лаборатории. Они схожи с нейтрино в широких ливнях частиц в атмосфере Земли, вызванных частицами из дальнего космоса.
«Они могут рассказать нам о глубоком космосе то, что мы не можем узнать другими способами, ― говорит Бойд. ― Нейтрино сверхвысоких энергий, полученные на LHC, важны для понимания по-настоящему захватывающих явлений, наблюдаемых в астрофизике частиц».
FASER ― инновационный и уникальный эксперимент по регистрации элементарных частиц. По сравнению с другими детекторами в CERN, например, такими как ATLAS, который занимает несколько этажей и весит тысячи тонн, вес детектора FASER всего лишь около тонны, что позволило разместить его в небольшом вспомогательном тоннеле CERN. Более того, понадобилось всего несколько лет, чтобы его спроектировать и построить, используя уже готовые элементы других экспериментов.
Кроме детектирования нейтрино, FASER также нацелен на обнаружение частиц темной материи, которая, по мнению физиков, составляет большую часть всей материи во Вселенной и пока остается недоступной прямому наблюдению.
Задачей эксперимента FASER является обнаружение проявлений темной материи, и поскольку через несколько месяцев на LHC начинается новый цикл исследований с использованием встречных пучков, детектор FASER уже готов к их регистрации, если они появятся.
«Мы надеемся зарегистрировать крайне интересные сигналы», ― заметил Бойд.
Ранее коллаборация FASER уже объявляла о нескольких нейтрино, рожденных в столкновении пучков и зарегистрированных эмульсионным детектором. Последний результат получен на основе большой статистики по нейтрино сверхвысоких энергий, зарегистрированных электронным детектором FASER со статистической значимостью, превышающей 16 сигм.
«ОИЯИ представлен в эксперименте группой из сотрудников ЛЯП, имеющих большой опыт работы в экспериментах по физике нейтрино, в частности в эксперименте OPERA, где для регистрации нейтрино использовалась ядерная фотоэмульсия. FASER также имеет фотоэмульсионный субдетектор (FASERnu), предназначенный для регистрации нейтрино, полученных на LHC. Группа ОИЯИ участвует в моделировании сигнала, реконструкции и анализе фотоэмульсионных данных, проектировании и создании системы охлаждения с возможностью контроля и стабилизации температуры для FASERnu», – рассказала участник коллаборации FASER от ОИЯИ, научный сотрудник Сектора экспериментальной нейтринной физики Светлана Васина.
Новости науки
