官方消息：首次在对撞机实验中检测到中微子

幽灵终于真的在机器里了。今年早些时候，科学家首次发现中微子在粒子对撞机中创建。

那些丰富而神秘的亚原子粒子与物质的其余部分如此分离，以至于它们像幽灵一样滑过它，为它们赢得了“幽灵粒子”的绰号。

研究人员表示，这项工作代表了对撞机中微子的首次直接观测，并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。

使用大型强子对撞机上的FASERnu探测器获得的结果，被介绍早在 2023 年 3 月在意大利举行的第 57 届莫里昂德电弱相互作用和统一理论会议上。

“我们从一个全新的来源——粒子对撞机——发现了中微子，在那里你有两束粒子以极高的能量撞击在一起，”粒子物理学家乔纳森·冯说当时的加州大学欧文分校。

现在，两篇同行评审论文（这里和这里）终于在检测上公布了，使得整个事情更加官方和令人兴奋.

中微子是宇宙中最丰富的亚原子粒子之一，仅次于光子。但它们没有电荷，它们的质量几乎为零，它们几乎不与遇到的其他粒子相互作用。现在有数千亿个中微子流经你的身体。

中微子是在能量环境中产生的，例如核聚变这发生在恒星内部，或超新星爆炸。虽然我们可能不会在日常基础上注意到它们，但物理学家认为它们的质量——然而轻微– 可能会影响宇宙的引力（尽管中微子几乎被排除为暗物质).

虽然它们与物质的相互作用很小，但并非完全不存在;时不时地，一个宇宙中微子与另一个粒子碰撞，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。冰立方在南极洲，超级神冈在日本，以及迷你布尼在伊利诺伊州的费米实验室有三个这样的探测器。

然而，粒子对撞机中产生的中微子长期以来一直被物理学家所寻找，因为所涉及的高能量不如低能中微子得到很好的研究。

“他们可以以我们无法学习的方式告诉我们深空，”欧洲核子研究中心的粒子物理学家杰米博伊德说。“大型强子对撞机中的这些非常高能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。

法瑟努是一个乳化检测器由毫米厚的钨板与乳液膜层交替组成。选择钨是因为其高密度，增加了中微子相互作用的可能性;该探测器由730个乳液膜组成，钨总质量约为1吨。

在大型强子对撞机的粒子实验中，中微子可以与钨板中的原子核碰撞，产生在乳液层中留下轨迹的粒子，有点像电离辐射在乳液层中留下轨迹的方式。云室.

这些板需要像照相胶片一样显影，然后物理学家才能分析粒子轨迹以找出产生它们的原因。

确定了六个中微子候选者，早在 2021 年发布.现在，研究人员已经证实了他们的发现，使用了去年开始的升级大型强子对撞机第三次运行的数据，其显著性水平16 西格玛.

这意味着信号随机产生的可能性非常低，几乎为零;5 Sigma 的显著性水平足以成为粒子物理学的发现。

FASER团队仍在努力分析探测器收集的数据，似乎可能会有更多的中微子探测随之而来。大型强子对撞机的第3次运行预计将继续进行直到2026年，数据收集和分析正在进行中。

早在 2021 年，加州大学欧文分校的物理学家大卫·卡斯珀预计运行将产生大约10,000个中微子相互作用，这意味着我们几乎没有触及FASERnu所提供的表面。

“中微子是唯一已知的粒子，大型强子对撞机的更大实验无法直接探测到，”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了。

该团队的结果已发表在物理评论信这里和这里.

本文的一个版本于 2023 年 3 月首次发布。

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