Ученые-физики впервые в истории зарегистрировали "призрачные" частицы нейтрино, порожденные при столкновениях внутри Большого Адронного Коллайдера (БАК), самого большого и мощного ускорителя частиц на сегодняшний день. Контрольные сигналы, свидетельствующие о наличии этих частиц, были зарегистрированы датчиками эксперимента FASER. А дальнейшее изучение событий и собранных данных позволит ученым лучше понять некоторые аспекты физики элементарных частиц.
Напомним нашим читателям, что нейтрино - это очень легкие элементарные частицы, не имеющие электрического заряда, которые крайне редко взаимодействуют с частицами обычной материи. Редкость взаимодействий делает процесс обнаружения нейтрино весьма сложным даже при условии, что такие частицы являются весьма распространенными и их огромное количество, исчисляющееся миллиардами, проходит через тело человека каждую секунду. Именно из-за такой неуловимой природы нейтрино называют призрачными частицами.
Частицы нейтрино вырабатываются в огромных количествах в недрах звезд, в квазарах, при взрывах сверхновых, при распаде радиоактивных элементов и даже при взаимодействии космических лучей с атомами верхних слоев земной атмосферы. Также частицы нейтрино, согласно теориям, должны вырабатываться в достаточно больших количествах в таких ускорителях, как БАК, но для их обнаружения требуется установка соответствующих датчиков и инструментов.
И в 2018 году рядом с коллайдером был установлен "правильный" инструмент FASER, предназначенный именно для обнаружения частиц нейтрино. За все время периода работы коллайдера датчики этого инструмента зарегистрировали шесть случаев прохождения через них частиц нейтрино.
Оборудование и датчики инструмента FASER расположены на удалении 480 метров от точки столкновения лучей протонов в туннеле коллайдера. Датчики состоят из свинцовых и вольфрамовых пластин, между которыми находится слой специальной эмульсии. Когда частицы нейтрино сталкиваются с ядрами атомов в пластинах из плотного металла, возникает поток вторичных частиц, которые движутся сквозь слой эмульсии и оставляют за собой характерные следы. И за все время при помощи эмульсии было зарегистрировано шесть соответствующих следов нейтрино.
Собрав всю необходимую информацию, группа эксперимента FASER готовит теперь новый датчик нейтрино, более массивный и гораздо более чувствительный. Этот новый датчик, FASERnu, будет весить 1090 килограмм, для сравнения, вес первого датчика составляет всего 29 килограмм. А более высокая чувствительность позволит не только регистрировать большее количество частиц, но и идентифицировать типы нейтрино и антинейтрино, которые в науке называют термином "аромат".
Ученые рассчитывают, что при помощи нового датчика им удастся зарегистрировать порядка 10 тысяч частиц нейтрино во время очередного периода работы коллайдера, который начнется в 2022 году. "Мы надеемся, что нам удастся поймать самые высокоэнергетические нейтрино, которые были порождены в недрах источника, созданного человеком, другими словами, частицы нейтрино искусственного происхождения" - пишут исследователи.
