Ученые впервые зарегистрировали нейтрино, рожденные при соударении протонов на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе. Это удалось сделать в ходе эксперимента FASER, в котором участвуют российские ученые. Подробности RTVI рассказала член коллаборации, научный сотрудник Объединенного института ядерных исследований (Дубна) Светлана Васина.
<p align="justify"><strong>Ученые впервые зарегистрировали нейтрино, рожденные при соударении протонов на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе. Это удалось сделать в ходе эксперимента FASER, в котором участвуют российские ученые. В чем важность достижения и что оно даст для изучения космоса, RTVI рассказала член коллаборации, научный сотрудник Объединенного института ядерных исследований (Дубна) Светлана Васина.</strong></p>
<div> <p align="justify"></p>
<div> <div class="intext-box">
Светлана Васина — научный сотрудник Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ), Научно-экспериментальный отдел физики элементарных частиц, Лаборатория ядерных проблем.
Работает в экспериментах DsTau/NA65, FASER. В DsTau/NA65 (ЦЕРН), отвечает за моделирование данных, участвует в анализе данных, член Executive Committee эксперимента. В FASER также занимается моделированием отклика фотоэмульсионного детектора.
Участвует в исследовании природных и археологических объектов с помощью метода мюонной радиографии с использованием фотоэмульсионных детекторов. Помимо анализа данных участвует в изготовлении фотоэмульсионных детекторов, проявке, наборе данных с помощью автоматических сканирующих станций.
</div> </div> </div> <strong>Ваши коллеги по эксперименту FASER на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе сообщили о первой в истории регистрации нейтрино, рожденных на ускорителе. Однако еще в 2011 году весь мир обсуждал регистрацию в итальянском эксперименте<span lang="en-US"> OPERA </span>нейтрино, рожденных в ЦЕРНе, которые якобы двигались со сверхсветовой скоростью. В чем же отличие тех и нынешних нейтрино?</strong>
В сообщении говорится о регистрации не просто ускорительных нейтрино. С пучками таких нейтрино физики работают уже давно, например, еще 40 лет назад такой пучок был на ускорителе в Протвино. Сейчас же впервые зарегистрированы нейтрино от Большого Адронного Коллайдера, где сталкиваются протоны с энергией 7 ТэВ. Соответственно и нейтрино, рождающиеся при этом среди прочих частиц, имеют сверхвысокую энергию от нескольких сотен ГэВ до 2-3 ТэВ.
В эксперименте FASER регистрируются нейтрино, вылетающие в очень узком конусе из точки пересечения пучков в детекторе ATLAS, который сам их не может видеть.
Кстати, другой целью эксперимента FASER является поиск экзотических частиц, которые также могут рождаться на БАК в угловом диапазоне, недоступном детектору ATLAS. В частности, ищутся так называемые темные фотоны, кандидаты на роль элементов темной материи — главной загадки для физиков на сегодняшний день.
Для регистрации нейтрино в установке FASER служит ядерно-эмульсионный детектор. С помощью современных автоматических и высокоэффективных инструментов и методов информация о треках частиц, зарегистрированных в эмульсии, извлекается и анализируется. Благодаря высокому разрешению мы можем идентифицировать все типы нейтрино — электронное, мюонное, и тау-нейтрино. Но все-таки анализ данных эмульсионного детектора требует значительно больше времени. Ранее FASER уже сообщал о первых зарегистрированных в эмульсионном детекторе нейтрино от БАК, но статистика этих событий была еще невелика. Однако, электронные детекторы, которые в установке FASER служат для поиска экзотических частиц, тоже видят продукты взаимодействия нейтрино с эмульсионным детектором. Анализ данных этих детекторов и дал новый результат.
<strong>Когда были зафиксированы нейтрино?</strong>
Данные набирались во время всего сеанса прошлого года. На начальном этапе анализа данных электронных детекторов отбирались взаимодействия только мюонных нейтрино, и было найдено 153 события. С учетом всех фоновых процессов, которые могут имитировать нейтринные взаимодействия, результат имеет очень высокую статистическую значимость — на жаргоне физиков 16 сигм. (Открытием считается результат со статистической значимостью выше 5 сигм. )
<strong>В коллаборации вас, сотрудников ОИЯИ, трое. Какова ваша роль?</strong>
Да, нас трое физиков и еще один инженер. Мы все пришли из других нейтринных экспериментов, имеем опыт работы как с эмульсионными, так и с электронными детекторами. Мы принимаем участие в подготовке детектора к набору данных, моделировании эксперимента, анализе получаемых данных. Вообще, FASER небольшой эксперимент — около 80 участников из 22 институтов, так что все группы невелики по составу.
<strong>Какой фундаментальный смысл этого открытия?</strong>
Строго говоря, это не совсем открытие. То, что нейтрино рождаются на коллайдере, хорошо известно. Однако, никто до сих пор их не мог зарегистрировать, нужны были специальные детекторы и экспериментальные подходы. Безусловная новизна объявленного результата в том, что теперь начинается работа с нейтрино в совершенно новом энергетическом диапазоне, недоступном до сих пор. Результат показывает, что мы действительно можем регистрировать эти нейтрино, работать с ними, в дальнейшем изучать их свойства, в частности, сечение их взаимодействия с веществом. Это важно потому, что до сих пор у физиков были данные о нейтрино или гораздо меньших энергий (от солнца, реакторов, даже ускорительные нейтрино имеют энергию лишь до нескольких десятков ГэВ), или же о нейтрино значительно больших энергий из космоса. Последние регистрируются с помощью гигантских детекторов объемом до кубического километра, один из которых -Байкал-ГВД — успешно работает у нас в стране.
Измерение сечения взаимодействия и других свойств нейтрино от коллайдера позволит уточнить свойства нейтрино, прилетающих к нам из отдаленных объектов во Вселенной, и в конечном итоге позволит понять их происхождение.
<strong>Каковы перспективы открытия возможных носителей темной материи на вашем детекторе?</strong>
Мы не знаем на сегодня, из чего состоит так называемая темная материя. Ее существование следует из наблюдаемых гравитационных явлений , интерпретируемых с помощью теории Эйнштейна. На сегодняшний день есть несколько моделей, предлагающих объяснение этого феномена и в том числе предсказывающих рождение частиц темной материи на коллайдере. Одним из кандидатов в такие частицы является так называемый темный фотон, у него понятна топология распада, его более-менее понятно, как регистрировать.
В экспериментах, в которых ищут темную материю, а их много, пока ничего не зарегистрировали, Однако даже отрицательный результат, как известно, тоже полезен и может иметь важное значение. Ненаблюдение предсказываемых моделями частиц или явлений позволяет уточнять эти теории или вовсе их отбрасывать, устанавливая ограничения на вероятность их существования.
Свежие комментарии