Para ilmuwan akhirnya mendeteksi neutrino dalam penumbuk partikel: ScienceAlert

Akhirnya, hantu itu sudah ada di dalam mesin: Untuk pertama kalinya, para ilmuwan menciptakan neutrino dalam sebuah penumbuk partikel.

Partikel subatomik yang berlimpah dan misterius ini begitu jauh dari sisa materi sehingga mereka meluncur melaluinya seperti spektrum, membuatnya dikenal sebagai “partikel hantu”.

Para peneliti mengatakan karya ini menandai pengamatan langsung pertama dari neutrino collider dan akan membantu kita memahami bagaimana partikel-partikel ini terbentuk, apa sifatnya, dan peran mereka dalam evolusi alam semesta.

Hasil yang dicapai dengan menggunakan detektor FASERnu di Large Hadron Collider, telah ditunjukkan Pada Konferensi Rencontres de Moriond ke-57 tentang Interaksi Elektrolemah dan Teori Terpadu di Italia.

“Kami telah menemukan neutrino dari sumber yang benar-benar baru – penumbuk partikel – di mana Anda memiliki dua sinar partikel yang bertabrakan bersama pada energi yang sangat tinggi,” kata fisikawan partikel Jonathan Feng dari Universitas California, Irvine.

Neutrino adalah salah satu partikel subatomik paling melimpah di alam semesta, nomor dua setelah foton. Tetapi mereka tidak memiliki muatan listrik, massanya mendekati nol, dan mereka hampir tidak berinteraksi dengan partikel lain yang mereka temui. Ratusan miliar neutrino mengalir melalui tubuh Anda sekarang.

Neutrino diproduksi dalam kondisi energik, seperti fusi nuklir yang terjadi di dalam bintang, atau ledakan supernova. Dan sementara kita mungkin tidak memperhatikan mereka setiap hari, fisikawan percaya bahwa massa mereka – betapapun kecilnya – dapat memengaruhi gravitasi alam semesta (walaupun neutrino sebagian besar telah Memantul sebagai materi gelap).

Meskipun interaksi mereka dengan materi dapat diabaikan, itu tidak sepenuhnya tidak ada; Sesekali, neutrino kosmik bertabrakan dengan partikel lain, menghasilkan semburan cahaya yang sangat redup.

Detektor bawah tanah, diisolasi dari sumber radiasi lain, dapat mendeteksi ledakan ini. es batu di Antartika, Super Kamiokande di Jepang dan roti mini Fermilab di Illinois memiliki tiga reagen semacam itu.

Namun, fisikawan telah lama berupaya menghasilkan neutrino dalam penumbuk partikel karena energi tinggi yang digunakan belum dipelajari sebaik neutrino berenergi rendah.

“Mereka dapat memberi tahu kita tentang luar angkasa dengan cara yang tidak dapat kita pelajari,” kata fisikawan partikel Jamie Boyd dari CERN. “Neutrino berenergi tinggi di LHC ini penting untuk memahami pengamatan yang sangat menarik dalam astrofisika partikel.”

FASERnu adalah sebuah file detektor emulsi Ini terdiri dari pelat tungsten setebal milimeter bergantian dengan lapisan film emulsi. Tungsten dipilih karena kepadatannya yang tinggi, yang meningkatkan kemungkinan interaksi neutrino; Detektor terdiri dari 730 film emulsi dengan total massa tungsten sekitar 1 ton.

Selama percobaan partikel di LHC, neutrino dapat bertabrakan dengan inti lembaran tungsten, menghasilkan partikel yang meninggalkan jejak di lapisan emulsi, seperti cara radiasi pengion membuat jejak di ruang awan.

Seperti film fotografi, panel ini perlu dikembangkan sebelum fisikawan dapat menganalisis lintasan partikel untuk melihat apa yang menghasilkannya.

Enam kandidat neutrino telah diidentifikasi dan dipublikasikan lagi pada tahun 2021. Kini, para peneliti telah mengonfirmasi penemuan mereka, menggunakan data dari putaran ketiga peningkatan LHC yang dimulai tahun lalu, dengan tingkat signifikansi sebesar 16 sigma.

Ini berarti bahwa kemungkinan menghasilkan sinyal secara kebetulan acak sangat rendah hingga nol; Tingkat signifikansi 5 sigma cukup memenuhi syarat sebagai penemuan dalam fisika partikel.

Tim FASER masih bekerja keras menganalisis data yang dikumpulkan oleh detektor, dan tampaknya lebih banyak pendeteksian neutrino akan menyusul. Lari ketiga LHC diperkirakan akan berlanjut Sampai tahun 2026Pengumpulan dan analisis data berkelanjutan.

Pada tahun 2021, fisikawan David Casper dari University of California, Irvine, memprediksi bahwa ras tersebut akan menghasilkan sekitar 10.000 interaksi neutrino, yang berarti kita baru saja menyentuh permukaan dari apa yang ditawarkan FASERnu.

“Neutrino adalah satu-satunya partikel yang diketahui yang tidak dapat dideteksi secara langsung oleh eksperimen yang jauh lebih besar di Large Hadron Collider.” Dia berkataJadi pengamatan FASER yang berhasil berarti bahwa potensi fisika penuh dari collider akhirnya dieksploitasi.

Hasil tim Dipresentasikan pada Kongres ke-57 Rencontres de Moriond Electroweak Interactions and Unified Theories.