Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:
проверенный фактами
препринт
надежный источник
корректура
Хорошо! Отображения событий, определенные коллаборацией FASER как кандидаты на νe (слева) и νμ (справа), взаимодействующие в детекторе. Невидимые здесь нейтрино прилетают слева, а затем взаимодействуют, создавая множество треков, расходящихся вправо (цветные линии), один из которых идентифицирован как заряженный лептон (помечен). Фото: сотрудничество FASER
× закрыть
Отображения событий, определенные коллаборацией FASER как кандидаты на νe (слева) и νμ (справа), взаимодействующие в детекторе. Невидимые здесь нейтрино прилетают слева, а затем взаимодействуют, создавая множество треков, расходящихся вправо (цветные линии), один из которых идентифицирован как заряженный лептон (помечен). Фото: сотрудничество FASER
Эксперимент FASER, работающий на Большом адронном коллайдере (LHC) ЦЕРН с 2022 года, предназначен для поиска чрезвычайно слабо взаимодействующих частиц. Такие частицы предсказываются многими теориями, выходящими за рамки Стандартной модели, которые пытаются решить нерешенные проблемы физики, такие как природа темной материи и дисбаланс материи и антиматерии во Вселенной.
Другая цель эксперимента — изучить взаимодействия нейтрино высоких энергий, образующихся в результате столкновений БАК, частиц, которые практически невозможно обнаружить в четырех крупных экспериментах БАК. На прошлой неделе на ежегодной конференции Rencontres de Moriond коллаборация FASER представила результаты измерения силы взаимодействия, или «поперечного сечения», электронных нейтрино (νe) и мюонных нейтрино (νμ).
Такое измерение было проведено на коллайдере частиц впервые. Измерения такого рода могут дать важную информацию по различным аспектам физики: от понимания образования «прямых» частиц в столкновениях БАК и улучшения нашего понимания структуры протона до интерпретации измерений нейтрино высоких энергий из астрофизических источников, выполненных нейтрино-телескопические эксперименты.
FASER расположен в боковом туннеле ускорителя LHC, в 480 метрах от точки столкновения детектора ATLAS. В этом месте луч БАК уже находится на расстоянии почти 10 метров, изгибаясь на своем круговом 27-километровом пути. Это уникальное место для изучения слабовзаимодействующих частиц, образующихся в результате столкновений LHC.
Заряженные частицы, образующиеся в результате столкновений, отклоняются магнитами БАК. Большинство нейтральных частиц задерживаются сотнями метров камня между FASER и ATLAS. Ожидается, что только очень слабо взаимодействующие нейтральные частицы, такие как нейтрино, продолжат движение прямо и достигнут места, где установлен детектор.
Вероятность взаимодействия нейтрино с веществом очень мала, но не равна нулю. Тип взаимодействия, к которому чувствителен FASER, — это взаимодействие нейтрино с протоном или нейтроном внутри детектора. При этом взаимодействии нейтрино превращается в заряженный «лептон» того же семейства — электрон в случае νe и мюон в случае νμ, — который виден в детекторе. Если энергия нейтрино высока, при столкновении рождаются и несколько других частиц.
Детектор, используемый для проведения измерений, состоит из 730 чередующихся вольфрамовых пластин и фотоэмульсионных пластин. Эмульсия экспонировалась в период с 26 июля по 13 сентября 2022 года, а затем химически проявлялась и анализировалась в поисках следов заряженных частиц.
Кандидаты на взаимодействие нейтрино были идентифицированы путем поиска кластеров треков, которые можно было проследить до одной вершины. Один из этих треков затем пришлось идентифицировать как электрон или мюон высокой энергии.
Всего найдено четыре кандидата на взаимодействие νe и восемь кандидатов на взаимодействие νμ. Четыре кандидата νe представляют собой первое прямое наблюдение электронных нейтрино, образующихся на коллайдере. Наблюдения можно интерпретировать как измерения сечений взаимодействия нейтрино, что дает (1,2+0,9–0,8) ×10–38 см2 ГэВ–1 в случае νe и (0,5 ± 0,2) × 10–38 см2 ГэВ–1 в случае случай νμ.
Энергии нейтрино оказались в диапазоне от 500 до 1700 ГэВ. Измерения сечения взаимодействия нейтрино ранее не проводились при энергиях выше 300 ГэВ в случае νe и между 400 ГэВ и 6 ТэВ в случае νμ.
Результаты, полученные FASER и опубликованные на сервере препринтов arXiv, соответствуют ожиданиям и демонстрируют способность FASER проводить измерения сечения нейтрино на БАК. Благодаря полным данным LHC Run 3 будет обнаружено в 200 раз больше нейтринных событий, что позволит проводить гораздо более точные измерения.
Больше информации:
Первое измерение сечений взаимодействия ve и νμ на БАК с помощью эмульсионного детектора FASER, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2403.12520
Информация журнала:
arXiv
2024-04-08 17:58:03
1712601256
#FASER #измеряет #силу #взаимодействия #нейтрино #высоких #энергий
