Parçacık Çarpışma Nötrino Kavramı

Bilimsel ilk olarak CERN tesisinde yaklaşan 3 yıllık araştırma kampanyasının bir ön izlemesi.

Irvine, California Üniversitesi’ndeki fizikçiler tarafından yönetilen uluslararası İleri Arama Deneyi ekibi, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı tarafından üretilen nötrino adaylarının ilk kez tespit edilmesini sağladı. CERN Cenevre, İsviçre yakınlarındaki tesis.

Dergide 24 Kasım 2021 tarihinde yayınlanan bir makalede Fiziksel İnceleme D, araştırmacılar, 2018’de LHC’ye kurulmuş bir kompakt emülsiyon dedektörünün pilot çalışması sırasında altı nötrino etkileşimini nasıl gözlemlediklerini anlatıyorlar.

UCI Seçkin Fizik ve Astronomi Profesörü ve FASER İşbirliğinin ortak lideri Jonathan Feng, “Bu projeden önce, bir parçacık çarpıştırıcısında hiçbir nötrino belirtisi görülmedi” dedi. “Bu önemli buluş, bu anlaşılması zor parçacıklar ve evrende oynadıkları rol hakkında daha derin bir anlayış geliştirmeye yönelik bir adımdır.”

Pilot sırasında yapılan keşfin ekibine iki önemli bilgi verdiğini söyledi.

FASER Partikül Dedektörü

2019 yılında Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’na kurulmak üzere CERN onayını alan FASER parçacık dedektörü, yakın zamanda nötrinoları tespit etmek için bir cihazla güçlendirildi. UCI liderliğindeki FASER ekibi, bir çarpıştırıcıda üretilen zor parçacıkların ilk gözlemlerini yapmak için 2018’de aynı tipte daha küçük bir dedektör kullandı. Araştırmacılar, yeni cihazın önümüzdeki üç yıl içinde binlerce nötrino etkileşimini tespit edebileceğini söylüyor. Kredi: Fotoğraf CERN’in izniyle

Feng, “İlk olarak, LHC’deki ATLAS etkileşim noktasının ilerideki pozisyonunun, çarpıştırıcı nötrinoları tespit etmek için doğru konum olduğunu doğruladı.” Dedi. “İkincisi, çabalarımız, bu tür nötrino etkileşimlerini gözlemlemek için bir emülsiyon dedektörü kullanmanın etkinliğini gösterdi.”

Pilot alet, emülsiyon katmanları ile dönüşümlü olarak kurşun ve tungsten plakalardan oluşuyordu. LHC’deki parçacık çarpışmaları sırasında, nötrinoların bazıları yoğun metallerde çekirdeklere çarparak emülsiyon katmanları boyunca hareket eden parçacıklar yarattı ve işlemden sonra görülebilen işaretler yarattı. Bu gravürler, parçacıkların enerjileri, tatları – tau, müon veya elektron – ve bunların nötrino mu yoksa antinötrino mu oldukları hakkında ipuçları sağlar.

Feng’e göre, emülsiyon, dijital öncesi kamera çağındaki fotoğrafa benzer bir şekilde işliyor. 35 milimetrelik film ışığa maruz kaldığında, fotonlar film geliştirildiğinde desenler olarak ortaya çıkan izler bırakırlar. FASER araştırmacıları, detektörün emülsiyon katmanlarını çıkardıktan ve geliştirdikten sonra aynı şekilde nötrino etkileşimlerini görebildiler.

Feng, “Bir parçacık çarpıştırıcısında üretilen nötrinoların etkileşimlerini gözlemlemek için emülsiyon dedektörü yaklaşımının etkinliğini doğruladıktan sonra, FASER ekibi şimdi çok daha büyük ve önemli ölçüde daha hassas olan tam bir cihazla yeni bir dizi deney hazırlıyor” dedi.

FASER Deney Haritası

FASER deneyi, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’ndaki ATLAS etkileşim noktasından 480 metre uzakta bulunuyor. UCI Seçkin Fizik ve Astronomi Profesörü ve FASER İşbirliğinin eş lideri Jonathan Feng’e göre, burası tesisteki parçacık çarpışmalarından kaynaklanan nötrinoları tespit etmek için iyi bir konum. Kredi: Fotoğraf CERN’in izniyle

2019’dan beri o ve meslektaşları, LHC’deki karanlık maddeyi araştırmak için FASER cihazlarıyla bir deney yapmaya hazırlanıyorlar. Karanlık fotonları tespit etmeyi umuyorlar, bu da araştırmacılara karanlık maddenin normal atomlarla ve evrendeki diğer maddelerle yerçekimi olmayan kuvvetler yoluyla nasıl etkileşime girdiğine dair ilk bakış açısını verecek.

Dokuz ülkedeki 21 kurumdan 76 fizikçiden oluşan FASER ekibi, son birkaç yıldaki nötrino çalışmalarının başarısıyla yeni bir emülsiyon dedektörünü FASER aparatıyla birleştiriyor. Pilot dedektör yaklaşık 64 pound ağırlığındayken, FASERnu cihazı 2.400 pound’dan fazla olacak ve çok daha reaktif olacak ve nötrino çeşitleri arasında ayrım yapabilecek.

FASER proje ortaklarından David Casper, “Yeni dedektörümüzün gücü ve CERN’deki ana konumu göz önüne alındığında, 2022’den başlayarak LHC’nin bir sonraki çalışmasında 10.000’den fazla nötrino etkileşimi kaydetmeyi umuyoruz” dedi. – lider ve UCI’de fizik ve astronomi doçenti. “İnsan yapımı bir kaynaktan şimdiye kadar üretilmiş en yüksek enerjili nötrinoları tespit edeceğiz.”

FASERnu’yu benzersiz kılan şeyin, diğer deneylerin bir veya iki tür nötrino arasında ayrım yapabilmesine rağmen, üç aromayı ve bunların antineutrino karşılıklarını gözlemleyebileceğini söyledi. Casper, tüm insanlık tarihinde sadece 10 kadar tau nötrino gözlemi yapıldığını, ancak ekibinin önümüzdeki üç yıl içinde bu sayıyı ikiye veya üçe katlamasını beklediğini söyledi.

Feng, “Bu, UCI’deki fizik bölümündeki geleneğe inanılmaz derecede güzel bir bağ,” dedi, “çünkü bu, fizikte Nobel Ödülü’nü kazanan UCI kurucu öğretim üyesi Frederick Reines’in mirasıyla devam ediyor. nötrinoları ilk keşfeden kişidir.”

Casper, “Dünyanın önde gelen parçacık fiziği laboratuvarında rekor sürede ve çok geleneksel olmayan kaynaklarla birinci sınıf bir deney ürettik” dedi. “Heising-Simons Vakfı ve Simons Vakfı ile bizi cömertçe destekleyen Japonya Bilimi Teşvik Derneği ve CERN’e çok büyük bir şükran borcumuz var.”

Referans: Henso Abreu ve diğerleri tarafından “LHC’de ilk nötrino etkileşim adayları”. (FASER İşbirliği), 24 Kasım 2021, Fiziksel İnceleme D.
DOI: 10.1103/PhysRevD.104.L091101

Savannah Shively ve Jason Arakawa, UCI Ph.D. Fizik ve astronomi öğrencileri de makaleye katkıda bulundu.





#Fizikçiler #İlk #Defa #Büyük #Hadron #Çarpıştırıcısında #Nötrino #İşaretlerini #Tespit #Ettiler