Ανιχνεύσαμε για πρώτη φορά νετρίνα στο CERN - Επόμενος στόχος τα σκοτεινά φωτόνια

Για πρώτη φορά ανιχνεύθηκαν νετρίνα στον Large Hadron Collider του CERN ανοίγοντας το δρόμο για βαθύτερη ανάλυση της σωματιδιακής φυσικής. Οι έξι αλληλεπιδράσεις των νετρίνων που καταγράφηκαν έγιναν χάρη στο όργανο FASERnu, αποδεικνύοντας τη χρησιμότητα της τεχνολογίας.

Πριν από αυτό το project, κανένα σημάδι νετρίνων δεν είχε ανιχνευθεί σε σωματιδιακό επιταχυντή. Αυτό το σημαντικό επίτευγμα είναι ένα βήμα προς την κατανόηση του σωματιδίου-φαντάσματος και του ρόλου που επιτελεί στο σύμπαν. – Jonathan Feng, University of California Irvine

Τα νετρίνα βρίσκονται παντού καθώς είναι από τα πιο πλούσια υποατομικά σωματίδια στο σύμπαν. Ωστόσο δεν έχουν φορτίο και σχεδόν καθόλου μάζα, διασχίζοντας σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός το σύμπαν, αλληλεπιδρόντας όμως ελάχιστα μαζί του. Δισεκατομμύρια νετρίνα περνούν μέσα από εσάς αυτή τη στιγμή και δικαίως έχουν κερδίσει το παρατσούκλι σωματίδιο-φάντασμα, αφού είναι εξαιρετικά δύσκολο να ανιχνευθούν.

Ανιχνευτές στην Ανταρκτική, στην Ιαπωνία και στις ΗΠΑ έχουν σχεδιαστεί για να ανιχνεύουν σε ένα απόλυτα σκοτεινό περιβάλλον, εκλάμψεις φωτός που παράγονται όταν τα νετρίνα αλληλεπιδρούν με άλλα σωματίδια. Εδώ και καιρό όμως, οι επιστήμονες ήθελαν να μελετήσουν τα νετρίνα σε επιταχυντές σωματιδίων, δίνοντάς μας πρόσβαση σε τύπους και ενέργειες νετρίνων που δε βλέπουμε αλλού.

Το πείραμα ήταν επιτυχές και ο δοκιμαστικός ανιχνευτής των 29 κιλών τώρα θα αντικατασταθεί από την πλήρη έκδοση των 1.100 κιλών, όντας πολύ πιο ευαίσθητος και επιτρέποντας τη διαφοροποίηση των τύπων των νετρίνων.

Το πείραμα πρώτον επιβεβαίωσε πως η θέση μπροστά από το σημείο αλληλεπίδραση ATLAS στο LHC είναι στη σωστή τοποθεσία για να ανιχνεύει τη σύγκρουση των νετρίνων. Δεύτερον, οι προσπάθειές μας αποδεικνύουν την αποτελεσματικότητα του ανιχνευτή για να παρατηρούμε τέτοιου είδους αλληλεπιδράσεις νετρίνων.

Οι επιστήμονες περιμένουν πως η δοκιμή με το νέο ανιχνευτή θα παράγει 200 δισεκατομμύρια electron νετρίνα, 6 τρισεκατομμύρια muon νετρίνα και 9 δισεκατομμύρια tau νετρίνα. Θεωρούν μάλιστα πως θα ανιχνεύσουν και σκοτεινά φωτόνια τα οποία για την ώρα είναι μόνο υποθετικά. Αν ανιχνευθούν όμως θα αποκαλύψουν τη φύση της σκοτεινής ύλης που δεν μπορούμε να ανιχνεύσουμε και αποτελεί την πλειοψηφία της ύλης στο σύμπαν.

Δεδομένης της ισχύος του νέου ανιχνευτή και τη θέση του στο CERN, αναμένουμε να καταγράψουμε πάνω από 10.000 αλληλεπιδράσεις νετρίνων στο επόμενο πείραμα του LHC που θα ξεκινήσει το 2022. Θα ανιχνεύσουμε τα υψηλότερης ενέργειας νετρίνα που έχουν παραχθεί ποτέ από ανθρώπινη πηγή. – David Casper, University of California

Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο Physical Review D.