Neutrinos détectés pour la première fois dans une expérience avec un collisionneur : ScienceAlert

Finalement, le fantôme est bel et bien dans la machine. Plus tôt cette année, pour la première fois, des scientifiques ont détecté des neutrinos créés dans un collisionneur de particules.

Ces particules subatomiques abondantes et mystérieuses sont si éloignées du reste de la matière qu’elles s’y glissent comme des fantômes, ce qui leur vaut le surnom de « particules fantômes ».

Les chercheurs ont déclaré que ces travaux représentent la première observation directe de neutrinos en collision et nous aideront à comprendre comment ces particules se forment, quelles sont leurs propriétés et leur rôle dans l’évolution de l’univers.

Résultats obtenus grâce au détecteur FASERnu du Grand collisionneur de hadrons, Il a été affiché Lors de la 57e Conférence des Rencontres de Moriond sur les interactions électrofaibles et les théories unifiées en Italie en mars 2023.

« Nous avons détecté des neutrinos provenant d’une toute nouvelle source – les collisionneurs de particules – où deux faisceaux de particules entrent en collision avec une énergie très élevée. » a déclaré le physicien des particules Jonathan Feng de l’UC Irvine à l’époque.

Maintenant, deux articles évalués par des pairs (ici Et ici) a finalement posté sur la révélation, faisant Le tout est plus formel et excitant.

Les neutrinos font partie des particules subatomiques les plus abondantes dans l’univers, juste derrière les photons. Mais ils n’ont aucune charge électrique, leur masse est presque nulle et ils interagissent à peine avec les autres particules qu’ils rencontrent. Des centaines de milliards de neutrinos traversent actuellement votre corps.

Les neutrinos sont produits dans des conditions énergétiques, telles que la fusion nucléaire qui se produit à l’intérieur des étoiles ou les explosions de supernova. Même si nous ne les remarquons pas quotidiennement, les physiciens pensent que leur masse, aussi légère soit-elle, peut influencer la gravité de l’univers (bien que les neutrinos aient été largement étudiés). Il a été exclu qu’il s’agisse de matière noire).

Bien que son interaction avec la matière soit faible, elle n’est pas totalement inexistante ; De temps en temps, un neutrino cosmique entre en collision avec une autre particule, produisant un très faible éclat lumineux.

Des détecteurs souterrains, isolés des autres sources de rayonnement, peuvent détecter ces sursauts. glaçon en Antarctique, Super kamiokande Au Japon, et MiniBooNE Le laboratoire Fermi dans l’Illinois possède trois détecteurs de ce type.

Cependant, les physiciens recherchent depuis longtemps les neutrinos produits dans les collisionneurs de particules, car les hautes énergies impliquées n’ont pas été aussi bien étudiées que les neutrinos de basse énergie.

«Ils peuvent nous renseigner sur l’espace lointain d’une manière que nous ne pourrions pas apprendre autrement», explique Jamie Boyd, physicien des particules au CERN. « Ces neutrinos de très haute énergie au LHC sont importants pour comprendre des observations vraiment passionnantes en astrophysique des particules. »

FASERnu est Réactif d’émulsion Il se compose de feuilles de tungstène d’un millimètre d’épaisseur alternant avec des couches de film d’émulsion. Le tungstène a été choisi en raison de sa densité élevée, qui augmente la probabilité d’interaction des neutrinos ; Le détecteur se compose de 730 films d’émulsion et d’une masse totale de tungstène d’environ 1 tonne.

Au cours des expériences de particules au Grand collisionneur de hadrons, les neutrinos peuvent entrer en collision avec des noyaux dans des feuilles de tungstène, produisant des particules qui laissent des traces dans les couches d’émulsion, un peu comme la façon dont les rayonnements ionisants laissent des traces dans les couches d’émulsion. Salle des nuages.

Ces plaques, comme les films photographiques, doivent être développées avant que les physiciens puissent analyser les trajectoires des particules et découvrir pourquoi elles sont produites.

Six candidats neutrinos ont été identifiés et publiés en 2021. Les chercheurs ont désormais confirmé leur découverte, en utilisant les données de la troisième exploitation du LHC amélioré qui a débuté l’année dernière, avec un niveau de signification 16 sigmas.

Cela signifie que la probabilité que les signaux aient été produits par hasard est si faible qu’elle est presque nulle ; Un niveau de signification de 5 sigma suffit pour être qualifié de découverte en physique des particules.

L’équipe FASER travaille toujours d’arrache-pied pour analyser les données collectées par le détecteur, et il semble probable que davantage de neutrinos seront détectés. La troisième opération du Grand collisionneur de hadrons (LHC) devrait se poursuivre. Jusqu’en 2026La collecte et l’analyse des données sont en cours.

En 2021, le physicien David Kasper de l’Université de Californie à Irvine avait prédit que cette course produirait environ 10 000 interactions neutrinos, ce qui signifie que nous avons à peine effleuré la surface de ce que FASERnu a à offrir.

« Les neutrinos sont les seules particules connues que des expériences beaucoup plus vastes au Grand collisionneur de hadrons n’ont pas pu détecter directement. » Il dit« L’observation réussie du FASER signifie donc que tout le potentiel physique du collisionneur a enfin été exploité. »

Les résultats de l’équipe ont été publiés dans Lettres d’examen physique ici Et ici.

Une version de cet article a été publiée pour la première fois en mars 2023.