In einer wissenschaftlichen Premiere hat ein Team unter der Leitung von Physikern der University of California, Irvine, Neutrinos entdeckt, die von einem Teilchenbeschleuniger erzeugt wurden. Die Entdeckung verspricht, das Verständnis der Wissenschaftler für die subatomaren Teilchen zu vertiefen, die erstmals 1956 entdeckt wurden und eine Schlüsselrolle bei dem Prozess spielen, der Sterne zum Brennen bringt.
Die Arbeit könnte auch Licht auf kosmische Neutrinos werfen, die große Entfernungen zurücklegen und mit der Erde kollidieren, und so ein Fenster zu entfernten Teilen des Universums bieten.
Es ist das neueste Ergebnis der Vorwärtssuche-Experiment, oder FASER, ein Teilchendetektor, der von einer internationalen Gruppe von Physikern entworfen und gebaut und am CERN, dem Europäischen Rat für Kernforschung in Genf, Schweiz, installiert wurde. Dort entdeckt FASER Partikel, die vom Large Hadron Collider des CERN produziert werden.
„Wir haben Neutrinos aus einer brandneuen Quelle – Teilchenbeschleunigern – entdeckt, bei der zwei Teilchenstrahlen mit extrem hoher Energie zusammenprallen“, sagte Jonathan Feng, Teilchenphysiker von UC Irvine und Co-Sprecher der FASER-Kollaboration, der das Projekt initiierte. an dem über 80 Forscher der UCI und 21 Partnerinstitutionen beteiligt sind.
Brian Petersen, ein Teilchenphysiker am CERN, gab die Ergebnisse am Sonntag im Namen von FASER auf der 57. Konferenz Rencontres de Moriond Electroweak Interactions and Unified Theories in Italien bekannt.
Neutrinos, die vor fast 70 Jahren von dem verstorbenen UCI-Physiker und Nobelpreisträger Frederick Reines mitentdeckt wurden, sind die am häufigsten vorkommenden Teilchen im Kosmos und „waren sehr wichtig für die Etablierung des Standardmodells der Teilchenphysik“, sagte Jamie Boyd, a Teilchenphysiker am CERN und Co-Sprecher von FASER. „Aber noch nie wurde ein Neutrino, das an einem Collider produziert wurde, durch ein Experiment entdeckt.“
Seit der bahnbrechenden Arbeit von Reines und anderen wie Hank Sobel, UCI-Professor für Physik und Astronomie, waren die meisten Neutrinos, die von Physikern untersucht wurden, niederenergetische Neutrinos. Aber die von FASER nachgewiesenen Neutrinos haben die höchste Energie, die jemals in einem Labor erzeugt wurde, und ähneln den Neutrinos, die gefunden werden, wenn Weltraumteilchen dramatische Teilchenschauer in unserer Atmosphäre auslösen.
„Sie können uns etwas über den Weltraum auf eine Weise erzählen, die wir sonst nicht lernen könnten“, sagte Boyd. „Diese sehr energiereichen Neutrinos im LHC sind wichtig, um wirklich spannende Beobachtungen in der Teilchenastrophysik zu verstehen.“
FASER selbst ist neu und einzigartig unter den Teilchennachweisexperimenten. Im Gegensatz zu anderen Detektoren am CERN wie ATLAS, der mehrere Stockwerke hoch ist und Tausende von Tonnen wiegt, ist FASER etwa eine Tonne groß und passt genau in einen kleinen Seitentunnel am CERN. Und es dauerte nur wenige Jahre, um unter Verwendung von Ersatzteilen aus anderen Experimenten zu entwerfen und zu bauen.
„Neutrinos sind die einzigen bekannten Teilchen, die die viel größeren Experimente am Large Hadron Collider nicht direkt nachweisen können, also bedeutet die erfolgreiche Beobachtung von FASER, dass das volle physikalische Potenzial des Colliders endlich ausgeschöpft wird“, sagte UCI-Experimentalphysiker Dave Casper.
Abgesehen von Neutrinos besteht eines der Hauptziele von FASER darin, bei der Identifizierung der Teilchen zu helfen, aus denen dunkle Materie besteht, von der Physiker glauben, dass sie den größten Teil der Materie im Universum ausmacht, die sie aber nie direkt beobachtet haben.
FASER muss noch Anzeichen von Dunkler Materie finden, aber da der LHC in einigen Monaten eine neue Runde von Teilchenkollisionen beginnen wird, ist der Detektor bereit, alle auftretenden Teilchen aufzuzeichnen.
„Wir hoffen auf einige aufregende Signale“, sagte Boyd.