Fizycy stworzyli i po raz pierwszy odkryli wysokoenergetyczne „cząstki widma” wewnątrz największego na świecie
Co to są neutrina?
Nazwa neutrino jest zgodna ze słowem„neutralny” nie bez powodu. Mają zerowy ładunek elektryczny i prawie zerową masę. Oznacza to, że prawie nigdy nie wchodzą w interakcję z innymi rodzajami materii. Neutrina nie bez powodu nazywane są cząstkami duchami – „przelatują” przez zwykłą materię z prędkością bliską prędkości światła, nie zmieniając się. W każdej sekundzie przez każdy centymetr kwadratowy ludzkiego ciała przechodzi około 100 miliardów neutrin.
Skąd się wzięły neutrina?
Neutrina są wędrowcami kosmicznymi.Niektóre z nich powstają w wyniku reakcji jądrowych zachodzących na Słońcu, kiedy atomy łączą się głęboko we wnętrzu gwiazdy. Wydzielają neutrina, które w ciągu kilku sekund odlatują od gwiazdy. Niektóre cząstki widma powstają w wyniku rozszczepienia jądrowego na Ziemi, na przykład w reaktorach jądrowych. Według Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych nawet rozkładający się potas w bananie może emitować neutrina.
Neutrina opuszczające reaktor jądrowy po raz pierwszy odkryto w 1956 roku. Po fotonach są one uważane za najliczniejsze cząstki subatomowe we Wszechświecie.
Dwa neutrina. Zdjęcie zrobione 4 lipca 1959, NARA & Archiwum domeny publicznej DVIDS `8212; Pobierz Archiwum
Ale mimo ich wszechobecnościminimalne oddziaływanie cząstek bez ładunku i prawie bez masy z inną materią sprawia, że są one niezwykle trudne do wykrycia. Aby je złapać, naukowcy i inżynierowie budują detektory neutrin na całym świecie. Najbardziej znanym z nich jest IceCube Neutrino Observatory, które znajduje się na biegunie południowym.
Unikalna manifestacja neutrin została wyjaśniona po prawie 10 latach: dlaczego jest to takie ważne
On i inne słynne eksperymenty z wykrywaniem neutrin, takie jak japoński detektor Super-Kamiokande, MiniBooNE Fermilab, wykryły neutrina generowane przez światło słoneczne.
Najważniejsze „ważne” neutrina
Przede wszystkim naukowcy są zaintrygowani neutrinami w dużych ilościachenergie. Powstają podczas łączenia się gwiazd, supernowych lub gdy cząstki z głębi kosmosu wpadają w ziemską atmosferę. Te wysokoenergetyczne duchy do tej pory pozostawały zagadką dla naukowców.
Teraz fizycy odkryli neutrina za pomocąDetektor FASER w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC), największym na świecie akceleratorze cząstek, zlokalizowanym w Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (CERN) pod Genewą w Szwajcarii Naukowcy zaprezentowali wyniki badań podczas 57. edycji Rencontres de Moriond Electroweak Interactions and Unified Theories konferencji w La Thuila we Włoszech. „Odkryliśmy neutrina z zupełnie nowego źródła – zderzaczy cząstek – gdzie dwie wiązki cząstek zderzają się ze sobą przy niezwykle wysokich energiach” – powiedział Jonathan Feng, fizyk z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine i współprzewodniczący współpracy FASER.
Eksperyment FASERA
Eksperyment wyszukiwania do przodu (FASER) - detektorcząstek, zaprojektowany i zbudowany przez międzynarodowy zespół fizyków z CERN.Podczas gdy detektory cząstek w CERN słyną z kilkupiętrowych wysokości i ważenia tysięcy ton, FASER jest wyjątkiem.
FASER waży około tony i mieści się w niewielkich rozmiarachTunel boczny CERN-u. Co ciekawe, powstał on w ciągu zaledwie kilku lat i wykorzystuje części zamienne z innych eksperymentów prowadzonych w ośrodku.
FASER
W niedzielę naukowcy z zespołu FASER ogłosili na konferencji we Włoszech, że pomyślnie wykryli neutrina po zderzeniu dwóch wiązek cząstek o niezwykle wysokiej energii wewnątrz LHC.
Oprócz neutrin celem projektu FASER jest także ich zbadanieciemna materia. Ciemna materia, która, jak się uważa, występuje w większości materii we Wszechświecie, nigdy wcześniej nie została odkryta. Podobnie jak w przypadku neutrin, FASER może być także pierwszym eksperymentem, który pomoże wykryć ciemną materię w CERN za kilka miesięcy rozpocznie się nowa runda zderzeń cząstek.
Jak to zrobili fizycy?
Aby złapać „duchy subatomowe”, fizycyzbudował pułapkę do wykrywania cząstek: gęste metalowe płytki z ołowiu i wolframu, przełożone kilkoma warstwami emulsji wykrywającej światło. Kiedy potężne wiązki protonów zderzyły się wewnątrz LHC, wytworzyły strumień cząstek bocznych, z których niewielką część stanowiły neutrina. Zderzyły się z jądrami atomowymi w gęstych metalowych płytkach i rozpadły się na inne cząstki. Warstwy emulsji działały w taki sam sposób, jak staromodna klisza fotograficzna — reagując z produktami ubocznymi neutrin, odciskały możliwe do prześledzenia kontury cząstek, gdy neutrina przez nie przechodziły.
Praca z tą emulsją filmopodobnąanalizując ślady cząstek, fizycy odkryli, że niektóre ślady powstały w wyniku strumieni cząstek tworzonych przez neutrina podczas ich przechodzenia przez płyty. Naukowcy ustalili nawet, który z trzech „smaków” cząstek neutrin – tau, mionu czy elektronu – odkryli.
W trakcie odkryto sześć neutrineksperyment, został po raz pierwszy zidentyfikowany w 2021 . Zebranie wystarczającej ilości danych, aby potwierdzić, że to oni, zajęło fizykom dwa lata. Teraz naukowcy mają nadzieję znaleźć znacznie więcej neutrin i planują wykorzystać je do badania środowisk w całym Wszechświecie, w których powstają wysokoenergetyczne cząstki duchy.
Dlaczego jest to takie ważne?
„Te bardzo wysokoenergetyczne neutrina w LHC są ważnezrozumieć naprawdę ekscytujące obserwacje z zakresu astrofizyki cząstek” – Jamie Boyd, fizyk z CERN i współprzewodniczący FASER. Dzięki nowym odkryciom fizycy mają nadzieję wyjaśnić, w jaki sposób gwiazdy płoną i eksplodują; jak wysokoenergetyczne interakcje neutrin prowadzą do powstawania innych cząstek w przestrzeni.
Czytaj więcej:
Naukowcy uważają, że kształt wszechświata nie jest taki, jak wszyscy myślą
Helikopter NASA pokazał zachód słońca na Marsie. To nie wygląda jak ziemia.
Nazwany rośliną, której ekstrakt pomaga schudnąć bez skutków ubocznych