فیزیکدانان برای اولین بار ذرات شبحگون گریزان را در LHC شناسایی کردند!!
یک نقطه عطف بزرگ در فیزیک ذرات به تازگی در برخورددهنده بزرگ هادرون (LHC) ایجاد شده است.
برای اولین بار، نوترینوهای کاندید نه تنها در LHC، بلکه در هر برخورددهنده ذرات شناسایی شده‌اند.
شش برهمکنش نوترینو که با استفاده از آشکارساز فرعی نوترینو FASERnu شناسایی شده‌اند که نه تنها امکان‌سنجی این فناوری را نشان می‌دهند، بلکه مسیر جدیدی را برای مطالعه این ذرات مرموز، به ویژه در انرژی‌های بالا باز می‌کنند.
جاناتان فنگ فیزیکدان از دانشگاه کالیفرنیا ارواین و یکی از رهبرانFASER Collaboration می‌گوید: قبل از این پروژه، هیچ نشانه‌ای از نوترینوها در برخورددهنده ذرات دیده نشده بود.
این پیشرفت مهم گامی به سوی توسعه درک عمیقتر از این ذرات گریزان و نقشی است که آنها در کیهان ایفا می‌کنند.
نوترینوها در واقع همه جا هستند. آنها یکی از فراوانترین ذرات زیراتمی در کیهان هستند. اما آنها هیچ باری ندارند و جرم آنها تقریباً صفر است، بنابراین، اگرچه آنها تقریباً با سرعت نور در جهان جریان دارند، اما به سختی با آن تعامل دارند. برای یک نوترینو، بقیه جهان اساسا غیرجسمانی است. به همین دلیل به آنها ذرات روح نیز می‌گویند.
اگرچه آنها به ندرت با هم تعامل دارند، اما این به معنی این نیست که اصلا و هیچ وقت با هم تعامل ندارند. آشکارسازهایی مانندIceCube در قطب جنوب،Super Kamiokande در ژاپن و MiniBooNE در Fermilab از آرایه‌های آشکارساز نوری حساسی استفاده می‌کنند که برای جمع‌آوری باران‌های نوری طراحی شده‌اند که به عنوان مثال، هنگامی ظاهر می‌شود که یک نوترینو با ذرات دیگر در یک محیط کاملا تاریک تعامل می‌کند.
اما برای مدت طولانی، دانشمندان می‌خواستند نوترینوهای تولید شده در برخورددهنده‌های ذرات را نیز مطالعه کنند. دلیلش این است که نوترینوهای برخورددهنده که عمدتاً از فروپاشی هادرون‌ها پدید می‌آیند، با انرژی‌های بسیار بالایی تولید می‌شوند که چندان موردمطالعه قرار نگرفته‌اند. شناسایی نوترینوهای برخورددهنده دسترسی به انرژی‌ها و انواع نوترینو را فراهم می‌کند که به ندرت در جاهای دیگر دیده می‌شوند.
FASERnu چیزی است که به عنوان آشکارساز امولسیونی شناخته می‌شود. صفحات سرب و تنگستن با لایه‌های امولسیون متناوب می‌شوند: در طول آزمایش‌های ذرات در LHC، نوترینوها می‌توانند با هسته‌های صفحات سرب و تنگستن برخورد کنند و ذراتی تولید کنند که در لایه‌های امولسیونی ردی باقی می‌گذارند کمی شبیه به روشی که تشعشعات یونیزان ردیابی می‌کنند.
صفحات باید مانند فیلم عکاسی توسعه یابند. سپس، فیزیکدانان می‌توانند دنباله‌های ذرات را تجزیه و تحلیل کنند تا دریابند چه چیزی آنها را تولید کرده است. آیا این نوترینو بود و سپس ‘طعم’ یا نوع نوترینو چه بود. سه طعم نوترینو – الکترون، میون و تاو – و همچنین مشابه‌‌های ضدنوترینویی آنها وجود دارد.
در اجرای آزمایشی FASERnu که در سال 2018 انجام شد، شش برهمکنش نوترینویی کاندید در لایه‌های امولسیونی ثبت شد.
فنگ گفت: «اول، تأیید کرد که موقعیت روبه جلو نقطه تعامل ATLAS در LHC مکان مناسبی برای تشخیص نوترینوهای برخورددهنده است. دوم، تلاش‌های ما اثربخشی استفاده از آشکارساز امولسیونی را برای مشاهده این نوع برهمکنش‌های نوترینو نشان داد.
تیم در حال حاضر روی نسخه کامل، حدود 1100 کیلوگرم کار می‌کند. این ابزار به طور قابل توجهی حساستر خواهد بود و به محققان این امکان را می‌دهدکه بین طعم نوترینو و همتایان ضدنوترینوی آنها تمایز قائل شوند.
آنها انتظار دارند که سومین دوره رصدی برخورددهنده بزرگ هادرونی 200 بیلیون نوترینوی الکترونی، 6 تریلیون نوترینومیونی و 9 بیلیون نوترینوتاو و پادنوترینوهای آنهارا تولید کند.
این همکاری همچنین طعمه‌های گریزان‌تری را دنبال می‌کند. آنها امید خود را به کشف فوتونهای تاریک بسته‌اند که در حال حاضر فرضیه ستند، اما می‌توانند ماهیت ماده تاریک را آشکار کنند، جرم مرموز مستقیماً غیرقابل تشخیصی که بیشتر ماده جهان را تشکیل می‌دهد.
اما کشف نوترینو به تنهایی یک گام فوق‌العاده هیجان‌انگیز به جلو برای درک ما از اجزای اساسی کیهان است.
دیوید کاسپر، فیزیکدان و اخترشناس از دانشگاه کاسپر کالیفرنیا، ایروین، مدیر پروژه FASER گفت: با توجه به قدرت آشکارساز جدید ما و موقعیت اصلی آن در سرن، انتظار داریم که بتوانیم بیش از 10000 برهمکنش نوترینو را در اجرای بعدی LHC ثبت کنیم که از سال 2022 آغاز می‌شود. ما بالاتری نانرژی نوترینوهایی را که تاکنون از یک منبع ساخته شده توسط انسان تولید شده است را شناسایی خواهیم کرد.
مترجم: مرتضی نادری فرد
منبع:
Physicists Detect Elusive ‘Ghost Particles’ in The LHC For The Very First Time
MICHELLE STARR
29 NOVEMBER 2021
https://www.sciencealert.com/for-the-first-time-neutrinos-may-have-been-detected-at-the-large-hadron-collider