В ходе эксперимента было обнаружено первое свидетельство взаимодействия нейтрино на Большом адронном коллайдере, сообщают исследователи на arXiv.org, — пишет sciencenews.org.

Большой адронный коллайдер (БАК) прославился своей способностью обнаруживать неуловимые субатомные частицы. Но есть один класс частиц, который он никогда напрямую не обнаруживал, хотя и производит их в изобилии. Нейтрино, мельчайшие элементарные частицы, настолько мало взаимодействуют с веществом, что проходят через массивные детекторы ускорителя частиц незамеченными.

Новый метод обнаружения может открыть окно для нейтрино при энергиях, для которых взаимодействие частиц плохо изучено.

Это первое обнаружение нейтрино, образующихся в коллайдере частиц — ускорителе частиц, который сталкивает пучки частиц вместе. Физики ранее обнаруживали нейтрино, разбив пучок частиц о неподвижную цель, но не в столкновениях. Поиск нейтрино в столкновениях частиц позволяет ученым исследовать более высокие энергии, но также затрудняет изучение нейтрино.

Чтобы поймать взаимодействующие нейтрино, исследователи использовали детектор, содержащий пленки, подобные тем, которые используются в фотопленке. Когда заряженная частица проходит через пленку, она оставляет за собой след, указывающий на то, где она была. Нейтрино, не имеющие электрического заряда, не оставляют следов в детекторе. Но когда нейтрино взаимодействует с веществом внутри детектора, оно производит поток заряженных частиц, которые указывают на нейтрино как на их источник.

Исследователи поместили свой детектор в область, через которую проходят нейтрино, когда они устремляются вперед от столкновений частиц в детекторе ATLAS на БАК. Оценив, сколько из обнаружений может быть связано с другими частицами, которые могут имитировать нейтрино, исследователи сообщают, что они уловили около шести взаимодействий нейтрино.

БАК, расположенный недалеко от Женевы, был закрыт на модернизацию с 2018 года. Эксперимент, проведенный незадолго до отключения, послужил пробным запуском для будущего эксперимента под названием FASERν, который начнется, когда БАК перезапустится в 2022 году. FASERν ожидается, что в следующий период работы LHC, с 2022 по 2024 год, будет обнаружено около 10 000 нейтрино.

С помощью FASERν исследователи будут измерять сечения нейтрино — меру вероятности взаимодействия частиц с материалом. Это важно для возможности проводить другие измерения нейтрино. Например, ученые могут узнать о производстве энергичных нейтрино при взрывах звезд и других космических источниках, обнаружив их на Земле. Но чтобы определить, насколько распространены такие нейтрино, ученый должен знать, насколько вероятно, что эти нейтрино будут взаимодействовать с детекторами.

Сечения зависят от энергии частиц, и на БАК «мы можем изучать диапазон энергий, который мы не изучали ранее», — говорит физик элементарных частиц Томоко Арига из Университета Кюсю в Фукуоке (Япония), член коллаборации FASER.

Неудивительно, что нейтрино обнаружены на БАК. «Это не потрясающий результат», — говорит физик элементарных частиц Дебора Харрис из Йоркского университета в Торонто и Fermilab в Батавии (штат Иллинойс), которая не принимала участия в исследовании. Он показывает, что обнаружение нейтрино на БАК возможно. «Эта идея не совсем безумная», — говорит она.