№ 4 (13)

Сентябрь – ноябрь

Russian Traveler №4(13) 2024

Теперь официально: в Большом адронном коллайдере действительно обнаружили нейтрино

Фото: Peterson et al

Следы частиц, оставленные событием-кандидатом, соответствуют образованию электронного нейтрино

Учёные подтвердили своё открытие, перепроверив его всеми возможными способами.

Нейтрино – это общее название загадочных нейтральных фундаментальных частиц с полуцелым спином. Они встречаются практически везде во Вселенной, но их крайне сложно заметить, за что их прозвали «частицы-призраки».

Нейтрино участвуют только в слабом и гравитационном взаимодействиях. Кроме того, у них нет заряда и почти нулевая масса. Поэтому они перемещаются сквозь пространство со скоростью света, но почти никак с ним не взаимодействуют. Прямо сейчас через ваше тело проходят сотни миллиардов нейтрино.

Нейтрино и БАК

Однако нейтрино все же можно зафиксировать – хотя их взаимодействие с материей невелико, оно не совсем отсутствует. В таких детекторах, как IceCube в Антарктиде, Super-Kamiokande в Японии и MiniBooNE в Фермилаб в Иллинойсе, используются чувствительные матрицы фотодетекторов. Они способны улавливать световые потоки, которые возникают при взаимодействии нейтрино с другими частицами в полностью темной среде.

В течение долгого времени исследователи хотели также изучить нейтрино, которые образуются в коллайдере. Все потому, что там оно возникает обычно при распаде адронов и производится при очень высоких энергиях, которые не очень хорошо изучены. В 2018 – перед тем, как приостановить коллайдер – ученые наконец увидели лишь контрольные сигналы нейтрино, которые создаются при столкновении частиц.

В марте 2023 ученые заявили, что нейтрино впервые были обнаружены в Большом адронном коллайдере, и теперь эти результаты официально подтверждены.

«Мы обнаружили нейтрино из совершенно нового источника – коллайдеров частиц – где два пучка частиц сталкиваются при чрезвычайно высокой энергии», – Джонатан Фенг, физик элементарных частиц из Калифорнийского университета в Ирвайне.

Нейтрино производятся в энергетических процессах, таких как ядерный синтез, происходящий внутри звезд, или взрывы сверхновых. И хотя мы можем не замечать их в повседневной жизни, физики полагают, что их масса – какой бы незначительной она ни была – вероятно, влияет на гравитацию Вселенной.

Для физиков изучение нейтрино интересно прежде всего тем, что оно выводит современную физику за грани изведанного, может помочь дополнить Стандартную модель и открыть Новую физику, а с ней – и новые горизонты.

«Они могут рассказать нам о глубоком космосе так, как мы больше нигде не узнаем. Эти нейтрино очень высоких энергий на БАКе важны для понимания действительно интересных наблюдений в астрофизике элементарных частиц», – Джейми Бойд, физик элементарных частиц из CERN.

Во время экспериментов с частицами на БАК нейтрино могут сталкиваться с ядрами вольфрамовых пластин на эмульсионном детекторе, образуя частицы, которые оставляют следы в слоях эмульсии. Эти пластины необходимо проявить, как фотопленку, прежде чем физики смогут проанализировать следы частиц и выяснить, что их создало.

Шесть кандидатов-нейтрино были идентифицированы еще в 2021 году. Теперь исследователи подтвердили свое открытие, используя данные третьего запуска модернизированного БАК, который начался в прошлом году, с уровнем значимости 16 сигм.

Это означает, что вероятность того, что сигналы были созданы случайным образом, настолько мала, что практически равна нулю: уровень значимости 5 сигм достаточен, чтобы считаться открытием в физике элементарных частиц.

Команда ученых все еще усердно работает над анализом данных, собранных детектором, и вполне вероятно, что за этим последует еще много обнаружений нейтрино. Ожидается, что третий запуск БАК продлится до 2026 года.