Physiker haben im größten der Welt erstmals hochenergetische „Geisterteilchen“ erzeugt und entdeckt
Was sind Neutrinos?
Der Name Neutrino stimmt mit dem Wort überein„neutral“ aus gutem Grund. Sie haben keine elektrische Ladung und nahezu keine Masse. Das bedeutet, dass sie fast nie mit anderen Arten von Materie interagieren. Neutrinos werden aus einem bestimmten Grund Geisterteilchen genannt – sie „fliegen“ mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit durch gewöhnliche Materie, ohne sich zu verändern. Pro Sekunde passieren etwa 100 Milliarden Neutrinos jeden Quadratzentimeter des menschlichen Körpers.
Woher kamen Neutrinos?
Neutrinos sind Weltraumwanderer.Einige von ihnen entstehen durch Kernreaktionen in der Sonne, wenn Atome tief im Inneren des Sterns verschmelzen. Sie setzen Neutrinos frei, die innerhalb von Sekunden vom Stern wegfliegen. Einige Geisterpartikel stammen aus der Kernspaltung hier auf der Erde, beispielsweise in Kernreaktoren. Nach Angaben des US-Energieministeriums kann sogar zerfallendes Kalium in einer Banane Neutrinos ausstoßen.
Neutrinos wurden erstmals 1956 beim Verlassen eines Kernreaktors entdeckt. Nach Photonen gelten sie als die am häufigsten vorkommenden subatomaren Teilchen im Universum.
Zwei Neutrinos. Foto aufgenommen am 4. Juli 1959, NARA & DVIDS Public Domain Archive — GetArchive
Aber trotz ihrer AllgegenwartDie minimale Wechselwirkung von ladungslosen und nahezu masselosen Teilchen mit anderer Materie macht es unglaublich schwierig, sie zu entdecken. Um sie einzufangen, bauen Wissenschaftler und Ingenieure auf der ganzen Welt Neutrino-Detektoren. Das bekannteste davon ist das IceCube Neutrino-Observatorium am Südpol.
Die einzigartige Manifestation von Neutrinos wurde nach fast 10 Jahren erklärt: Warum ist sie so wichtig?
Er und andere berühmte Neutrino-Nachweisexperimente wie Japans Super-Kamiokande-Detektor und MiniBooNE Fermilab entdeckten durch Sonnenlicht erzeugte Neutrinos.
Die "wichtigsten" Neutrinos
Am meisten faszinieren Wissenschaftler die Neutrinos in der HöheEnergien. Sie entstehen, wenn Sterne verschmelzen, Supernovae entstehen und wenn Teilchen aus dem Weltraum in die Erdatmosphäre krachen. Diese hochenergetischen Geister blieben Wissenschaftlern bisher ein Rätsel.
Jetzt haben Physiker die Verwendung von Neutrinos entdecktFASER-Detektor am Large Hadron Collider (LHC), dem weltweit größten Teilchenbeschleuniger, der sich bei der Europäischen Organisation für Kernforschung (CERN) in der Nähe von Genf in der Schweiz befindet. Die Wissenschaftler präsentierten die Forschungsergebnisse beim 57. Rencontres de Moriond Electroweak Interactions and Unified Theories Konferenz in La Thuila, Italien. „Wir haben Neutrinos aus einer völlig neuen Quelle entdeckt – Teilchenbeschleunigern –, bei denen zwei Teilchenstrahlen bei extrem hohen Energien miteinander kollidieren“, sagte Jonathan Feng, Physiker an der University of California, Irvine und Co-Vorsitzender der FASER-Kollaboration.
FASER-Experiment
Forward Search Experiment (FASER) – DetektorTeilchen, entworfen und gebaut von einem internationalen Team von Physikern am CERN. Während Teilchendetektoren am CERN dafür bekannt sind, mehrere Stockwerke hoch zu sein und Tausende Tonnen wiegen, ist FASER eine Ausnahme.
FASER wiegt etwa eine Tonne und passt in eine kleineDer Seitentunnel des CERN. Interessanterweise wurde er in nur wenigen Jahren entwickelt und verwendet Ersatzteile aus anderen Experimenten, die in der Anlage durchgeführt wurden.
SCHNELLER
Am Sonntag gaben Wissenschaftler des FASER-Teams auf einer Konferenz in Italien bekannt, dass sie erfolgreich Neutrinos nachgewiesen hatten, nachdem zwei Strahlen extrem energiereicher Teilchen im LHC kollidierten.
Neben Neutrinos zielt das FASER-Projekt auch darauf abdunkle Materie. Dunkle Materie, von der angenommen wird, dass sie in den meisten Materien im Universum vorhanden ist, wurde noch nie zuvor entdeckt. Wie bei Neutrinos könnte FASER auch das erste Experiment sein, das bei der Entdeckung dunkler Materie im CERN hilft wird in einigen Monaten eine neue Runde von Teilchenkollisionen beginnen.
Wie haben die Physiker das gemacht?
Um „subatomare Geister“ einzufangen, sagen Physikerbaute eine Partikelerkennungsfalle: dichte Metallplatten aus Blei und Wolfram, zwischen denen mehrere Schichten einer lichtdetektierenden Emulsion liegen. Als starke Protonenstrahlen im Inneren des LHC kollidierten, erzeugten sie einen Strom von Nebenteilchen, von denen ein kleiner Teil Neutrinos waren. Sie prallten in dichten Metallplatten auf Atomkerne und zerfielen in andere Teilchen. Die Emulsionsschichten funktionierten auf die gleiche Weise wie altmodische Fotofilme: Sie reagierten mit Neutrino-Nebenprodukten und prägten die verfolgbaren Umrisse von Partikeln ein, während die Neutrinos durch sie hindurch flogen.
Arbeiten mit dieser filmähnlichen EmulsionDurch die Analyse der Teilchenspuren stellten die Physiker fest, dass einige der Markierungen das Ergebnis von Teilchenstrahlen waren, die von Neutrinos beim Durchgang durch die Platten erzeugt wurden. Wissenschaftler haben sogar festgestellt, welche der drei „Geschmacksrichtungen“ von Neutrinoteilchen – Tau, Myon oder Elektron – sie gefunden haben.
Im Verlauf wurden sechs Neutrinos entdecktExperiment, wurde erstmals im Jahr 2021 identifiziert. Die Physiker brauchten zwei Jahre, um genügend Daten zu sammeln, um zu bestätigen, dass sie es waren. Jetzt hoffen Wissenschaftler, noch viele weitere Neutrinos zu finden und planen, sie zur Untersuchung von Umgebungen im gesamten Universum zu nutzen, in denen hochenergetische Geisterteilchen entstehen.
Warum ist es so wichtig?
„Diese sehr energiereichen Neutrinos im LHC sind wichtigum wirklich spannende Beobachtungen in der Teilchenastrophysik zu verstehen“, sagte Jamie Boyd, CERN-Physiker und Co-Vorsitzender von FASER. Mit neuen Entdeckungen hoffen Physiker zu erklären, wie Sterne brennen und explodieren; wie hochenergetische Neutrino-Wechselwirkungen zur Bildung anderer Teilchen im Weltraum führen.
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