사상 처음으로 물리학자들은 대형 강입자 충돌기(Large Hadron Collider)에서 중성미자의 징후를 감지했습니다.

다가오는 3년 연구 캠페인에 대한 CERN 시설 미리보기에서 먼저 가르치십시오.

캘리포니아 대학(University of California, Irvine)의 물리학자들이 이끄는 국제 순방향 탐색 실험(Forward Search Experiment) 팀은 CERN 스위스 제네바 인근 시설.

2021년 11월 24일자 저널에 게재된 연구논문에서 물리적 검토 d2018년, 연구원들은 2018년 LHC에 설치된 가압 유제 검출기의 실험 실행 중에 6개의 중성미자 상호 작용을 관찰한 방법을 설명합니다.

“이 프로젝트 이전에는 입자 충돌기에서 중성미자의 흔적이 없었습니다.”라고 공동 저자이자 UCI의 물리학 및 천문학 석좌교수이자 FASER Collaboration의 공동 리더인 Jonathan Feng이 말했습니다. “이 중요한 돌파구는 이러한 파악하기 어려운 입자와 우주에서 이들이 수행하는 역할에 대한 더 깊은 이해를 발전시키는 단계입니다.”

그는 파일럿 중에 발견한 것이 그의 팀에 두 가지 중요한 정보를 주었다고 말했습니다.

2019년에 대형 강입자 충돌기(Large Hadron Collider)에 설치될 CERN 승인 FASER 입자 탐지기는 최근 중성미자 탐지기로 강화되었습니다. UCI가 이끄는 FASER 팀은 2018년에 같은 유형의 더 작은 탐지기를 사용하여 충돌기에서 생성된 파악하기 어려운 입자를 처음으로 관찰했습니다. 연구원들은 새로운 기기가 향후 3년 동안 수천 개의 중성미자 상호작용을 감지할 수 있을 것이라고 말했습니다. 이미지 출처: CERN

“먼저, LHC에서 ATLAS 상호작용 지점의 전방 위치가 충돌체 중성미자를 감지하기 위한 정확한 위치인지 확인하십시오.”라고 Feng이 말했습니다. “둘째, 우리의 노력은 이러한 유형의 중성미자 상호작용을 모니터링하기 위해 에멀젼 검출기를 사용하는 것의 효과를 입증했습니다.”

실험 기구는 에멀젼 층으로 교대로 된 납과 텅스텐 판으로 구성되었습니다. LHC에서 입자가 충돌하는 동안 일부 중성미자는 조밀한 금속 코어가 부서지도록 하여 입자를 생성하여 에멀젼의 층을 통과하고 처리 후 눈에 띄는 표시를 만듭니다. 이 비문은 입자의 에너지와 맛(타우, 뮤온 또는 전자)과 그것이 중성미자인지 반중성미자인지에 대한 단서를 제공합니다.

Feng에 따르면 유제는 디지털 이전 시대의 사진과 유사한 방식으로 작동합니다. 35mm 필름이 빛에 노출되면 광자는 필름이 현상될 때 패턴으로 나타나는 흔적을 남깁니다. FASER 연구원들은 또한 검출기의 에멀젼 층을 제거하고 현상한 후 중성미자 상호작용을 볼 수 있었습니다.

Feng은 “입자 충돌기에 의해 생성된 중성미자의 상호작용을 관찰하는 유제 검출기 접근 방식의 효율성을 확인한 후, FASER 팀은 이제 훨씬 더 크고 훨씬 더 민감한 완전한 기기로 새로운 일련의 실험을 설정하고 있습니다”라고 말했습니다. .

FASER 실험은 Large Hadron Collider의 Atlas 상호 작용 지점에서 480m 떨어진 곳에 있습니다. UCI 물리학 및 천문학 석좌교수이자 FASER 협업의 공동 리더인 Jonathan Feng에 따르면 이곳은 시설의 입자 충돌에서 중성미자를 탐지하기에 좋은 장소입니다. 이미지 출처: CERN

2019년부터 그와 그의 동료들은 LHC의 암흑 물질을 조사하기 위해 FASER 기기를 사용하여 실험을 수행할 준비를 하고 있습니다. 그들은 암흑 물질이 중력 이외의 힘을 통해 우주의 자연 원자 및 기타 물질과 상호 작용하는 방식을 처음으로 엿볼 수 있는 암흑 광자를 발견하기를 희망합니다.

지난 몇 년 동안 중성미자 연구의 성공으로 9개국 21개 기관의 76명의 물리학자로 구성된 FASER 팀은 새로운 에멀젼 검출기를 FASER 기기와 결합하고 있습니다. 실험용 검출기의 무게는 약 64파운드인 반면 FASERnu 장비는 2,400파운드 이상이 될 것이며 반응성이 더 커지고 중성미자의 유형을 구별할 수 있을 것입니다.

공동 저자인 David Kasper, 공동 프로젝트 FASER-리더이자 UCI의 물리학 및 천문학 부교수가 말했습니다. “우리는 인공 소스에서 생성된 가장 높은 에너지의 중성미자를 발견할 것입니다.”

그는 FASERnu를 독특하게 만드는 것은 다른 실험에서는 한두 가지 유형의 중성미자를 구별할 수 있었지만 세 가지 맛과 반중성미자 대응물을 모두 관찰할 수 있다고 말했습니다. 캐스퍼는 인류 역사상 약 10번의 타우 중성미자 관측이 있었지만 그의 팀은 향후 3년 이내에 그 수를 두 배 또는 세 배로 늘릴 수 있을 것으로 기대한다고 말했습니다.

Feng은 “이것은 UCI 물리학과의 전통에 대한 믿을 수 없을 정도로 매혹적인 연결입니다”라고 말했습니다. 중성미자. “

Casper는 “우리는 기록적인 시간에 매우 비 전통적인 자원을 사용하여 세계 최고의 입자 물리학 연구소에서 세계적 수준의 실험을 수행했습니다.”라고 말했습니다. “우리는 우리를 아낌없이 지원한 Heising-Simons 재단과 Simons 재단, 일본 과학 진흥 학회와 CERN에 큰 감사의 빚을 지고 있습니다.”

참조: Henso Abreu et al. “LHC에서 중성미자 상호작용에 대한 첫 번째 후보” (FASER 협업), 2021년 11월 24일, 여기에서 사용 가능. 물리적 검토 d.
DOI: 10.1103/ PhysRevD.104.L091101

UCLA의 Savannah Shivley와 Jason Arakawa 박사. 물리학 및 천문학 학생들도 연구에 기여했습니다.