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Los físicos detectan signos de neutrinos en el Gran Colisionador de Hadrones

by notiulti

El detector de partículas FASER que recibió la aprobación del CERN para su instalación en el Gran Colisionador de Hadrones en 2019 se ha mejorado recientemente con un instrumento para detectar neutrinos. El equipo FASER dirigido por la UCI utilizó un detector más pequeño del mismo tipo en 2018 para hacer las primeras observaciones de las elusivas partículas generadas en un colisionador. El nuevo instrumento podrá detectar miles de interacciones de neutrinos durante los próximos tres años, dicen los investigadores. Crédito: CERN

El equipo internacional Forward Search Experiment, dirigido por físicos de la Universidad de California, Irvine, ha logrado la primera detección de candidatos a neutrinos producidos por el Gran Colisionador de Hadrones en las instalaciones del CERN cerca de Ginebra, Suiza.


En un artículo publicado hoy en la revista Revisión física D, los investigadores describen cómo observaron seis interacciones de neutrinos durante una ejecución piloto de un detector de emulsión compacto instalado en el LHC en 2018.

“Antes de este proyecto, nunca se había visto ningún signo de neutrinos en un colisionador de partículas”, dijo el coautor Jonathan Feng, profesor distinguido de física y astronomía de la UCI y colíder de la colaboración FASER. “Este avance significativo es un paso hacia el desarrollo de una comprensión más profunda de estas escurridizas partículas y el papel que desempeñan en el universo”.

Dijo que el descubrimiento realizado durante el piloto le dio a su equipo dos piezas de información cruciales.

“Primero, verificó que la posición adelante del punto de interacción ATLAS en el LHC es la ubicación correcta para detectar neutrinos colisionadores”, dijo Feng. “En segundo lugar, nuestros esfuerzos demostraron la eficacia de utilizar un detector de emulsión para observar este tipo de interacciones de neutrinos”.

El instrumento piloto estaba compuesto por placas de plomo y tungsteno alternadas con capas de emulsión. Durante las colisiones de partículas en el LHC, algunos de los neutrinos producidos chocan contra los núcleos de los metales densos, creando partículas que viajan a través de las capas de emulsión y crean marcas que son visibles después del procesamiento. Estos grabados proporcionan pistas sobre las energías de las partículas, sus sabores (tau, muón o electrón) y si son neutrinos o antineutrinos.

Según Feng, la emulsión funciona de manera similar a la fotografía en la era anterior a las cámaras digitales. Cuando una película de 35 milímetros se expone a la luz, los fotones dejan huellas que se revelan como patrones cuando se revela la película. Los investigadores de FASER también pudieron ver las interacciones de los neutrinos después de eliminar y desarrollar las capas de emulsión del detector.

Los físicos detectan signos de neutrinos en el Gran Colisionador de Hadrones

El experimento FASER está situado a 480 metros del punto de interacción ATLAS en el Gran Colisionador de Hadrones. Según Jonathan Feng, profesor distinguido de física y astronomía de la UCI y colíder de la colaboración FASER, esta es una buena ubicación para detectar neutrinos que resultan de colisiones de partículas en la instalación. Crédito: CERN

“Habiendo verificado la efectividad del enfoque del detector de emulsión para observar las interacciones de los neutrinos producidos en un colisionador de partículas, el equipo de FASER ahora está preparando una nueva serie de experimentos con un instrumento completo que es mucho más grande y significativamente más sensible “, dijo Feng.

Desde 2019, él y sus colegas se han estado preparando para realizar un experimento con instrumentos FASER para investigar la materia oscura en el LHC. Esperan detectar fotones oscuros, lo que les daría a los investigadores un primer vistazo de cómo materia oscura interactúa con los átomos normales y la otra materia del universo a través de fuerzas no gravitacionales.

Con el éxito de su trabajo con neutrinos en los últimos años, el equipo de FASER, que consta de 76 físicos de 21 instituciones en nueve países, está combinando un nuevo emulsión detector con el aparato FASER. Mientras que el detector piloto pesaba alrededor de 64 libras, el instrumento FASERnu pesará más de 2,400 libras y será mucho más reactivo y capaz de diferenciar entre variedades de neutrinos.

“Dada la potencia de nuestro nuevo detector y su ubicación privilegiada en el CERN, esperamos poder registrar más de 10.000 interacciones de neutrinos en la próxima ejecución del LHC, a partir de 2022”, dijo el coautor David Casper, coautor del proyecto FASER. -líder y profesor asociado de física y astronomía en la UCI. “Detectaremos los neutrinos de mayor energía que jamás se hayan producido a partir de una fuente creada por el hombre”.

Lo que hace único a FASERnu, dijo, es que si bien otros experimentos han podido distinguir entre uno o dos tipos de neutrinos, podrá observar los tres sabores más sus contrapartes antineutrinos. Casper dijo que solo ha habido alrededor de 10 observaciones de neutrinos tau en toda la historia de la humanidad, pero que espera que su equipo pueda duplicar o triplicar ese número en los próximos tres años.

“Este es un vínculo increíblemente agradable con la tradición en el departamento de física aquí en la UCI”, dijo Feng, “porque continúa con el legado de Frederick Reines, un miembro de la facultad fundador de la UCI que ganó el Premio Nobel de Física por ser el primero en descubrir neutrinos. “

“Hemos producido un experimento de clase mundial en el principal laboratorio de física de partículas del mundo en un tiempo récord y con fuentes muy poco tradicionales”, dijo Casper. “Tenemos una enorme deuda de gratitud con la Fundación Heising-Simons y la Fundación Simons, así como con la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia y el CERN, que nos apoyaron generosamente”.

Savannah Shively y Jason Arakawa, UCI Ph.D. estudiantes de física y astronomía, también contribuyeron al artículo.


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Más información:
Henso Abreu et al, Primeros candidatos de interacción de neutrinos en el LHC, Revisión física D (2021). DOI: 10.1103 / PhysRevD.104.L091101

Citación: Los físicos detectan signos de neutrinos en el Gran Colisionador de Hadrones (2021, 26 de noviembre) recuperado el 26 de noviembre de 2021 de https://phys.org/news/2021-11-physicists-neutrinos-large-hadron-collider.html

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