Des physiciens découvrent des signes de neutrinos au Grand collisionneur de hadrons


Des physiciens découvrent des signes de neutrinos au Grand collisionneur de hadrons

Le détecteur de particules FASER, qui a reçu l’approbation du CERN en 2019 pour être installé sur le Grand collisionneur de hadrons, a récemment été étendu pour inclure un instrument de détection des neutrinos. L’équipe FASER dirigée par l’UCI a utilisé un détecteur plus petit du même type en 2018 pour faire les premières observations des particules insaisissables générées dans un collisionneur. Le nouvel instrument sera capable de détecter des milliers d’interactions de neutrinos au cours des trois prochaines années, selon les chercheurs. Crédit image : CERN

L’équipe internationale de l’Expérience de recherche avant, dirigée par des physiciens de l’Université de Californie à Irvine, a réalisé la première détection de candidats neutrinos du Grand collisionneur de hadrons au CERN près de Genève, en Suisse.

Dans un article publié aujourd’hui dans le magazine Vérification physique Dles chercheurs décrivent comment ils ont observé six interactions de neutrinos lors d’un essai pilote d’un détecteur d’émulsion compact installé au LHC en 2018.

« Avant ce projet, aucun signe de neutrinos n’avait été observé dans un accélérateur de particules », a déclaré le co-auteur Jonathan Feng, professeur émérite de physique et d’ à l’UCI et co-responsable de la collaboration FASER. « Cette percée majeure est une étape vers une compréhension plus approfondie de ces particules insaisissables et de leur rôle dans l’univers. »

Il a déclaré que la découverte faite pendant le pilote avait donné à son équipe deux informations cruciales.

« Tout d’abord, cela a confirmé que la position devant le d’interaction ATLAS au LHC est le bon pour repérer les neutrinos du collisionneur », a déclaré Feng. « Deuxièmement, nos efforts ont montré à quel point il est efficace d’utiliser un détecteur d’émulsion pour observer ces types d’interactions de neutrinos. »

L’instrument pilote était constitué de plaques de plomb et de tungstène alternant avec des couches d’émulsion. Lorsque des particules entrent en collision au LHC, certains des neutrinos générés se brisent en noyaux dans les métaux denses, créant des particules qui migrent à travers les couches d’émulsion et laissent des traces visibles après traitement. Ces gravures donnent des indices sur les énergies des particules, leurs saveurs – rosée, muon ou électron – et s’il s’agit de neutrinos ou d’antineutrinos.

Selon Feng, l’émulsion fonctionne de la même manière que la photographie à l’ère de l’appareil photo numérique. Lorsqu’un film de 35 millimètres est exposé, les photons laissent des traces qui deviennent visibles sous forme de motif au fur et à mesure que le film se développe. Les chercheurs du FASER ont également pu observer les interactions des neutrinos après avoir retiré et développé les couches d’émulsion du détecteur.

Des physiciens découvrent des signes de neutrinos au Grand collisionneur de hadrons

L’expérience FASER est située à 480 mètres du point d’interaction ATLAS au Large Hadron Collider. Selon Jonathan Feng, professeur émérite de physique et d’astronomie à l’UCI et co-responsable de la collaboration FASER, c’est un bon endroit pour détecter les neutrinos résultant de collisions de particules dans l’installation. Crédit image : CERN

« Après avoir vérifié l’efficacité de l’approche du détecteur d’émulsion pour observer les interactions des neutrinos générés dans un accélérateur de particules, l’équipe FASER prépare maintenant une nouvelle série d’expériences avec un instrument beaucoup plus grand et beaucoup plus sensible », a déclaré Feng.

Depuis 2019, lui et ses collègues préparent une expérience avec les instruments FASER pour étudier la matière noire au LHC. Ils espèrent pouvoir détecter des photons noirs, ce qui donnerait aux chercheurs un premier aperçu de la façon dont la matière noire interagit avec les atomes normaux et les autres matières de l’univers par le biais de forces non gravitationnelles.

Forte du succès de leurs travaux sur les neutrinos ces dernières années, l’équipe FASER – composée de 76 physiciens de 21 institutions dans neuf pays – a combiné un nouveau détecteur d’émulsion avec l’appareil FASER. Alors que le détecteur pilote pesait environ 64 livres, l’instrument FASERnu pèsera plus de 2 400 livres, et il sera beaucoup plus réactif et capable de différencier les variétés de neutrinos.

« Compte tenu des capacités de notre nouveau détecteur et de son emplacement privilégié au CERN, nous espérons pouvoir enregistrer plus de 10 000 interactions de neutrinos dans la prochaine exploitation du LHC à partir de 2022 », a déclaré le co-auteur David Casper, co-responsable du projet FASER. et professeur agrégé de physique et d’astronomie à l’UCI. « Nous découvrirons les neutrinos les plus énergétiques jamais produits à partir d’une source artificielle. »

Ce qui rend FASERnu unique, a-t-il déclaré, c’est que, bien que d’autres expériences aient été capables de distinguer un ou deux types de neutrinos, il sera capable d’observer les trois saveurs ainsi que leurs homologues antineutrinos. Casper a déclaré qu’il n’y avait eu qu’une dizaine d’observations de neutrinos tau dans toute l’histoire de l’humanité, mais il pense que son équipe peut doubler ou tripler ce nombre au cours des trois prochaines années.

« C’est un clin d’œil incroyablement gentil à la tradition du département de physique ici à l’UCI », a déclaré Feng, « car il perpétue l’héritage de Frederick Reines, membre fondateur de la faculté de l’UCI qui a reçu le prix Nobel de physique, le premier à être des neutrinos découverts. « 

« Nous avons réalisé une expérience de classe mondiale dans le premier laboratoire de physique des particules au monde en un temps record et avec des sources très peu conventionnelles », a déclaré Casper. « Nous sommes très reconnaissants envers la Fondation Heising Simons et la Fondation Simons ainsi que la Société japonaise pour la promotion de la science et le CERN, qui nous ont généreusement soutenus. »

Savannah Shively et Jason Arakawa, Ph.D. UCI. Des étudiants en physique et en astronomie ont également contribué aux travaux.


FASER est né : une nouvelle expérience examine les particules qui interagissent avec la matière noire


Plus d’information:
Henso Abreu et al., Premiers candidats à l’interaction des neutrinos au LHC, Vérification physique D (2021). DOI : 10.1103 / PhysRevD.104.L091101

Citation: Des physiciens des de neutrinos au Large Hadron Collider (2021, 26 novembre), consulté le 27 novembre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-11-physicists-neutrinos-large-hadron-collider.html

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