Международная коллаборация FASER впервые зарегистрировала нейтрино, полученные на коллайдере в ЦЕРНе. Это достижение расширит понимание природы нейтрино, частиц, которые были впервые обнаружены в 1956 году, наиболее часто встречаются в космическом пространстве и являются главными участниками процесса горения звезд.
Также эти работы могут помочь пролить свет на космические нейтрино, которые пролетают большие расстояния и при взаимодействии с веществом Земли открывают возможности в изучении дальнего космоса.
«Мы обнаружили нейтрино от совершенно нового источника, коллайдера, где при сверхвысоких энергиях происходит столкновение двух пучков ускоренных частиц», ― рассказал Джонатан Фэн, специалист в области физики элементарных частиц Калифорнийского университета в Ирвайне и соруководитель коллаборации FASER, которая объединяет более 80 ученых из 22 научных центров, в том числе ОИЯИ. Детектор частиц FASER (Forward Search Experiment) находится в Европейском центре ядерных исследований ЦЕРН, где регистрирует частицы, полученные на Большом адронном коллайдере.
Результат о регистрации коллайдерного нейтрино коллаборация FASER представила на 57-й Мориондской конференции «Электрослабые взаимодействия и единые теории», проходившей в Италии.
ОИЯИ представлен в эксперименте группой из сотрудников Лаборатории ядерных проблем, имеющих большой опыт работы в экспериментах по физике нейтрино, в частности в эксперименте OPERA.
«В OPERA для регистрации нейтрино использовалась ядерная фотоэмульсия. FASER также имеет фотоэмульсионный субдетектор (FASERnu), предназначенный для регистрации нейтрино, полученных на LHC. Группа ОИЯИ участвует в моделировании сигнала, реконструкции и анализе фотоэмульсионных данных, проектировании и создании системы охлаждения с возможностью контроля и стабилизации температуры для FASERnu», – рассказала участник коллаборации FASER от ОИЯИ, научный сотрудник Сектора экспериментальной нейтринной физики Светлана Васина.
Нейтрино известны науке уже несколько десятилетий и сыграли важную роль в формировании Стандартной модели физики элементарных частиц. Однако до сих пор ни в одном эксперименте не было зарегистрировано ни одного нейтрино, рожденного в столкновении пучков.
Вклад ученых ОИЯИ в нейтринную физику начался с работ Бруно Понтекорво. Вплоть до сегодняшнего дня большая часть изучаемых физиками нейтрино были относительно низкоэнергетическими. А нейтрино, зарегистрированные FASER, – нейтрино самых высоких энергий, когда-либо полученных в лаборатории. Они схожи с нейтрино в широких ливнях частиц в атмосфере Земли, вызванных частицами из дальнего космоса.
«Они могут рассказать нам о глубоком космосе то, что мы не можем узнать другими способами, – говорит Джейми Бойд, специалист в области физики элементарных частиц, работающий в ЦЕРНе. – Нейтрино сверхвысоких энергий, полученные на LHC, важны для понимания захватывающих явлений, наблюдаемых в астрофизике частиц».
FASER – инновационный и уникальный эксперимент по регистрации элементарных частиц. По сравнению с другими установками в ЦЕРНе, такими как, например, ATLAS, который занимает несколько этажей и весит тысячи тонн, вес детектора FASER всего лишь около тонны. Это позволило разместить его в небольшом вспомогательном тоннеле ЦЕРНа. Более того, понадобилось всего несколько лет, чтобы его спроектировать и построить, используя уже готовые элементы других экспериментов.
Кроме детектирования нейтрино, FASER также нацелен на обнаружение частиц темной материи, которая, по мнению физиков, составляет большую часть всей материи во Вселенной и пока остается недоступной прямому наблюдению. Задачей эксперимента FASER является обнаружение проявлений темной материи, и поскольку через несколько месяцев на LHC начинается новый цикл исследований с использованием встречных пучков, детектор FASER уже готов к их регистрации, если они появятся.
Ранее коллаборация FASER уже объявляла о нескольких нейтрино, рожденных в столкновении пучков и зарегистрированных эмульсионным детектором. Последний результат получен на основе большой статистики по нейтрино сверхвысоких энергий, зарегистрированных электронным детектором FASER со статистической значимостью, превышающей 16 сигм.