Por primera vez, se han detectado candidatos a neutrinos producidos por el Gran Colisionador de Hadrones en las instalaciones del CERN cerca de Ginebra, Suiza.

En un artículo que ahora se publica en la revista Physical Review D, investigadores del equipo internacional Forward Search Experiment, dirigido por físicos de la Universidad de California, Irvine, describen cómo observaron seis interacciones de neutrinos durante una ejecución piloto de un detector de emulsión compacto instalado. en el LHC en 2018.

"Antes de este proyecto, nunca se habían visto señales de neutrinos en un colisionador de partículas", dijo el coautor Jonathan Feng, profesor distinguido de Física y Astronomía de la UCI y colíder de la colaboración FASER, en un comunicado. "Este avance significativo es un paso hacia el desarrollo de una comprensión más profunda de estas elusivas partículas y el papel que desempeñan en el universo". Junto con los fotones de luz, los neutrinos son las partículas elementales más abundantes del cosmos, y han sido capturados llegando a la Tierra por detectores específicos.

Dijo que el descubrimiento realizado durante la prueba le dio a su equipo dos piezas de información cruciales. "Primero, verificó que la posición por delante del punto de interacción ATLAS en el LHC es la ubicación correcta para detectar neutrinos en colisión", dijo Feng. "En segundo lugar, nuestros esfuerzos demostraron la eficacia de utilizar un detector de emulsión para observar este tipo de interacciones de neutrinos".

El instrumento piloto constaba de placas de plomo y tungsteno alternadas con capas de emulsión. Durante las colisiones de partículas en el LHC, algunos de los neutrinos producidos chocan con los núcleos de metales densos, creando partículas que viajan a través de las capas de emulsión y crean marcas que son visibles después del procesamiento. Estos grabados proporcionan pistas sobre las energías de las partículas, sus sabores (tau, muón o electrón) y si son neutrinos o antineutrinos.

Según Feng, la emulsión funciona de manera similar a la fotografía en la era anterior a las cámaras digitales. Cuando una película de 35 milímetros se expone a la luz, los fotones dejan rastros que se revelan como patrones cuando se revela la película. Los investigadores de FASER también pudieron ver interacciones de neutrinos después de eliminar y desarrollar las capas de emulsión del detector.

«Habiendo verificado la eficacia del método del detector de emulsión para observar las interacciones de los neutrinos producidos en un colisionador de partículas, el equipo de FASER está preparando una nueva serie de experimentos con un instrumento completo mucho más grande y significativamente más sensible», dijo Feng.

Desde 2019, él y sus colegas se han estado preparando para realizar un experimento con instrumentos FASER para investigar la materia oscura en el LHC. Esperan detectar fotones oscuros, lo que les daría a los investigadores un primer vistazo de cómo la materia oscura interactúa con los átomos normales y otra materia en el universo a través de fuerzas no gravitacionales.

Con el éxito de su trabajo con neutrinos en los últimos años, el equipo FASER, formado por 76 físicos de 21 instituciones en nueve países, está combinando un nuevo detector de emulsión con el aparato FASER. Mientras que el detector piloto pesaba alrededor de 29 kilos, el instrumento FASERn pesará más de 1.088 kilos y será mucho más reactivo y capaz de diferenciar entre variedades de neutrinos.

"Dado el poder de nuestro nuevo detector y su ubicación privilegiada en el CERN, esperamos poder registrar más de 10,000 interacciones de neutrinos en la próxima ejecución del LHC, a partir de 2022", dijo el coautor David Casper, coautor del proyecto FASER. -Líder y profesor asociado de física y astronomía en la UCI. "Detectaremos los neutrinos de mayor energía jamás producidos a partir de una fuente artificial".

Lo que hace único a FASERn, dijo, es que mientras otros experimentos han podido distinguir entre uno o dos tipos de neutrinos, usted podrá observar los tres sabores más sus contrapartes antineutrinos. Casper dijo que solo ha habido alrededor de 10 observaciones de neutrinos tau en toda la historia de la humanidad, pero que espera que su equipo pueda duplicar o triplicar ese número en los próximos tres años.

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