Enfin, le fantôme est déjà dans la machine : pour la première fois, des scientifiques ont créé des neutrinos dans un collisionneur de particules.
Ces particules subatomiques abondantes et mystérieuses sont si éloignées du reste de la matière qu’elles glissent à travers elles comme des spectres, ce qui les rend connues sous le nom de « particules fantômes ».
Les chercheurs affirment que ce travail marque la première observation directe des neutrinos du collisionneur et nous aidera à comprendre comment ces particules se forment, quelles sont leurs propriétés et leur rôle dans l’évolution de l’univers.
Résultats obtenus à l’aide du détecteur FASERnu au Large Hadron Collider, ont été montrés À la 57e Conférence des Rencontres de Moriond sur les interactions électrofaibles et les théories unifiées en Italie.
« Nous avons découvert des neutrinos provenant d’une source complètement nouvelle – les collisionneurs de particules – où vous avez deux faisceaux de particules qui entrent en collision à une énergie extrêmement élevée », dit le physicien des particules Jonathan Feng de l’Université de Californie, Irvine.
Les neutrinos sont parmi les particules subatomiques les plus abondantes de l’univers, juste derrière les photons. Mais ils n’ont pas de charge électrique, leur masse est proche de zéro et ils interagissent à peine avec les autres particules qu’ils rencontrent. Des centaines de milliards de neutrinos traversent votre corps en ce moment.
Les neutrinos sont produits dans des conditions énergétiques, telles que la fusion nucléaire qui se produit à l’intérieur des étoiles ou les explosions de supernova. Et même si nous ne les remarquons pas au quotidien, les physiciens pensent que leur masse – même légère – peut affecter la gravité de l’univers (bien que les neutrinos aient été largement Rebondit comme de la matière noire).
Bien que leur interaction avec la matière soit négligeable, elle n’est pas totalement inexistante ; De temps en temps, un neutrino cosmique entre en collision avec une autre particule, ce qui entraîne un très faible éclat de lumière.
Des détecteurs souterrains, isolés des autres sources de rayonnement, peuvent détecter ces explosions. glaçon en Antarctique, Super Kamiokande au Japon et mini chignon Fermilab dans l’Illinois dispose de trois de ces réactifs.
Cependant, les physiciens ont longtemps cherché à produire des neutrinos dans les collisionneurs de particules car les hautes énergies utilisées n’ont pas été aussi bien étudiées que les neutrinos de plus basse énergie.
« Ils peuvent nous parler de l’espace lointain d’une manière que nous ne pourrions pas apprendre autrement », déclare le physicien des particules Jamie Boyd du CERN. « Ces neutrinos de haute énergie au LHC sont importants pour comprendre des observations vraiment passionnantes en astrophysique des particules. »
FASERnu est un fichier détecteur d’émulsion Il consiste en une alternance de plaques de tungstène d’un millimètre d’épaisseur avec des couches de film d’émulsion. Le tungstène a été choisi en raison de sa densité élevée, qui augmente la probabilité d’interactions de neutrinos ; Le détecteur se compose de 730 films d’émulsion d’une masse totale de tungstène d’environ 1 tonne.
Au cours des expériences sur les particules au LHC, les neutrinos peuvent entrer en collision avec les noyaux des feuilles de tungstène, produisant des particules qui laissent des traces dans les couches d’émulsion, un peu comme la façon dont le rayonnement ionisant crée des traces dans chambre nuage.
Comme les films photographiques, ces panneaux doivent être développés avant que les physiciens puissent analyser les trajectoires des particules pour voir ce qui les a produites.
Six neutrinos candidats ont été identifiés et publiés à nouveau en 2021. Maintenant, les chercheurs ont confirmé leur découverte, en utilisant les données du troisième tour du LHC amélioré qui a commencé l’année dernière, avec un niveau de signification de 16 sigma.
Cela signifie que la probabilité de produire les signaux par hasard est si faible qu’elle est nulle ; Le niveau de signification de 5 sigma est suffisant pour être qualifié de découverte en physique des particules.
L’équipe FASER travaille toujours d’arrache-pied pour analyser les données recueillies par le détecteur, et il semble probable que d’autres détections de neutrinos suivront. La troisième exploitation du LHC devrait se poursuivre Jusqu’en 2026Collecte et analyse de données en continu.
En 2021, le physicien David Casper de l’Université de Californie à Irvine prédit que la course produira environ 10 000 interactions de neutrinos, ce qui signifie que nous avons à peine effleuré la surface de ce que FASERnu a à offrir.
« Les neutrinos sont les seules particules connues que des expériences beaucoup plus importantes au Large Hadron Collider ne peuvent pas détecter directement. » Il ditAinsi, l’observation réussie de FASER signifie que tout le potentiel physique du collisionneur est enfin exploité.
Les résultats de l’équipe Présenté au 57e congrès Rencontres de Moriond Interactions électrofaibles et théories unifiées.
