به گزارش سایت توژال. محققان به طور مستقیم برهمکنش‌های نوترینوهای میون-الکترون با انرژی بالا را برای اولین بار در محدوده انرژی ترال‌الکترون ولت (TeV) مشاهده کردند.

این لحظه مهم در برخورد دهنده بزرگ هادرون (LHC) در سرن با استفاده از آزمایشی به نام جستجوی رو به جلو (FASER) به دست آمد.

نوترینوها ذرات بنیادی با جرم بسیار کم و برهمکنش ضعیف با ماده هستند. این ذرات که به عنوان «ذرات روح» نیز شناخته می‌شوند، مدت‌هاست که فیزیکدانان را مجذوب خود کرده‌اند. علیرغم فراوانی آنها و این واقعیت که نوترینوهای بی شماری در هر ثانیه از زمین و بدن ما عبور می کنند، تشخیص آنها دشوار است.

آکیتاکا آریگا، دانشیار دانشگاه چیبا و یکی از رهبران این تحقیق، گفت: این اولین فیزیک نوترینو حاصل از برخورد دهنده ذرات است.

نامرئی را ببینید

سه نوع نوترینو وجود دارد که شامل نوترینوهای الکترونی (ve)، نوترینوهای میون (νμ) و نوترینوهای تاو (ντ) می شود. تا به حال، سطح مقطع برهمکنش نوترینو در انرژی های بالاتر از 300 گیگا الکترون ولت برای نوترینوهای الکترونی و بین 400 گیگا الکترون ولت و شش ترا ولت (6000 گیگاولت ولت) برای نوترینوهای میون اندازه گیری نشده است.

اساس این کشف جدید آشکارساز FASERν است که جزء تخصصی آزمایش FASER در سرن است. این آشکارساز از 730 لایه ورق تنگستن و فیلم های امولسیونی تشکیل شده است که مجموعاً 1.1 تن جرم دارند. علاوه بر این، آشکارساز FASERν دارای طراحی خاصی است که اجازه می‌دهد مسیر ذرات باردار حاصل از برهمکنش‌های نوترینو با وضوح زیر میکرون بازسازی شود.

این تیم زیرمجموعه ای از حجم آشکارساز در معرض دید را که معادل 128.6 کیلوگرم است، با تمرکز بر نوترینوهای پرانرژی تولید شده از برخورد پروتون-پروتون در برخورد دهنده بزرگ هادرون، تجزیه و تحلیل کردند.

آنها چهار نامزد را برای برهمکنش بین نوترینوهای الکترونی و هشت نوترینو میونی از طریق انتخاب دقیق شناسایی کردند که همگی با انرژی های بالاتر از 200 گیگا ولت.

این تیم در بیانیه ای اهمیت آماری بالای این مشاهدات را برجسته کرد. محققان می گویند که این نشان می دهد که بعید است نوسانات پس زمینه باشند و بنابراین نوترینوهای واقعی را نشان می دهند.

دکتر Arreaga تاکید کرد: این نتایج توانایی مطالعه برهمکنش‌های نوترینو در انرژی‌های TeV با آشکارساز FASERν مبتنی بر امولسیون در برخورد دهنده بزرگ هادرون را نشان می‌دهد.

محدودیت سطوح انرژی را فشار دهید

این نوترینوهای کشف شده پرانرژی ترین نوترینوهایی هستند که تا کنون از یک منبع مصنوعی مشاهده شده اند، با انرژی هایی در محدوده TeV.

شایان ذکر است که این مطالعه اولین اندازه گیری های مقطع برهمکنش نوترینو را در محدوده انرژی از 560 تا 1740 گیگا الکترون ولت برای نوترینوهای الکترونی و از 520 تا 1760 گیگا ولت برای نوترینوهای میون ارائه می دهد.

این اندازه‌گیری‌ها یک شکاف مهم را پر می‌کنند، زیرا مطالعات قبلی برای نوترینوهای الکترونی از 300 GeV و برای نوترینوهای میون از 400 GeV تا 6 TeV تجاوز نکرده است. علاوه بر این، این اندازه‌گیری‌ها با پیش‌بینی‌های مدل استاندارد مطابقت داشتند.

توانایی مطالعه نوترینوها در این انرژی های بالا می تواند سوالات اساسی در فیزیک را روشن کند، مانند اینکه چرا ذرات جرم دارند و چرا ماده بیش از پادماده در جهان وجود دارد.

جزئیات تحقیقات این تیم اخیرا در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.