“幽灵粒子”：科学家终于在粒子对撞机中检测到中微子：

幽灵，终于，实际上在机器中：科学家们第一次检测到在粒子对撞机中产生的中微子。

那些丰富而神秘的亚原子粒子与其他粒子如此分离它们像幽灵一样滑过其中的物质，为它们赢得了“幽灵粒子”的绰号。

研究人员表示，这项工作代表了对对撞机中微子的首次直接观察，将帮助我们了解这些粒子是如何形成的，它们的性质是什么，以及它们在宇宙演化中的作用。

在第 57 届 Rencontres de Moriond 电弱相互作用和统一理论会议上展示了在大型强子对撞机上使用 FASERnu 探测器取得的结果在意大利。

“我们从一个全新的来源——粒子对撞机——中发现了中微子，在那里你有两束粒子以极高的能量碰撞在一起，”意大利大学的粒子物理学家 Jonathan Feng 说。加州欧文。

中微子是宇宙中最丰富的亚原子粒子之一，仅次于光子。但它们不带电荷，质量几乎为零，并且几乎不与遇到的其他粒子发生相互作用。数千亿个中微子现在正流过你的身体。

候选事件产生的粒子轨迹与ele的产生一致电子中微子。 （Peterson 等人）

中微子是在高能环境中产生的，例如恒星内部发生的核聚变或超新星爆炸。虽然我们可能不会在日常生活中注意到它们，但物理学家认为它们的质量——无论多么小——可能会影响宇宙的引力（尽管中微子几乎被排除在暗物质之外）。

虽然它们与物质的相互作用很小，但并非完全不存在；宇宙中微子不时地与另一个粒子碰撞，产生非常微弱的光爆发。

与其他辐射源隔离的地下探测器可以探测到这些爆发。南极洲的 IceCube、日本的 Super-Kamiokande 和伊利诺伊州费米实验室的 MiniBooNE 就是三个这样的探测器。

然而，粒子对撞机中产生的中微子长期以来一直受到物理学家的追捧，因为所涉及的高能量不像作为低能中微子得到了很好的研究。

“他们可以告诉我们关于 deCERN 的粒子物理学家杰米·博伊德 (Jamie Boyd) 说。“大型强子对撞机中的这些能量非常高的中微子对于理解粒子天体物理学中真正令人兴奋的观测结果非常重要。”

FASERnu是一种乳剂检测器，由毫米厚的钨板与多层乳剂膜交替组成。之所以选择钨，是因为它的高密度增加了中微子相互作用的可能性；该检测器由 730 个乳剂膜组成，钨的总质量约为 1 ton.

详细说明对撞机和 FASERnu 探测器的示意图。（Peterson 等人）

在粒子实验期间在大型强子对撞机中，中微子可以与钨板中的原子核碰撞，产生在乳剂层中留下轨迹的粒子，有点像电离辐射在云室中形成轨迹的方式。

这些板需要在物理学家分析粒子轨迹以找出产生它们的原因之前，像胶卷一样开发出来的中微子。

早在 2021 年就确定并发表了六种中微子候选物。现在，研究人员已经利用数据证实了他们的发现来自去年开始的第三次升级后的大型强子对撞机，显着性水平为 16 西格玛。

这意味着发出信号的可能性随机产生的概率如此之低，几乎为零； 5 西格玛的显着性水平足以称得上是粒子物理学的一项发现。

FASER 团队仍在努力分析探测器收集的数据，而且很可能会接踵而至进行更多中微子探测.大型强子对撞机的第 3 次运行预计将持续到 2026 年，数据收集和分析正在进行中。

早在 2021 年，加州大学尔湾分校的物理学家大卫·卡斯珀就预测该运行将产生大约 10,000 次中微子相互作用，这意味着我们几乎没有触及 FASERnu 所提供的东西的皮毛。

“中微子是大型强子对撞机上更大的实验无法直接检测到的唯一已知粒子，”他说，“所以FASER 的成功观测意味着对撞机的全部物理潜力终于被开发出来。”

该团队的成果已在第 57 届 Rencontres de Moriond Electrowweak Interactions and Unified Theories c会议。