官方消息：首次在對撞機實驗中檢測到中微子

幽靈終于真的在機器里了。今年早些時候，科學家首次發現中微子在粒子對撞機中創建。

那些豐富而神秘的亞原子粒子與物質的其余部分如此分離，以至于它們像幽靈一樣滑過它，為它們贏得了“幽靈粒子”的綽號。

研究人員表示，這項工作代表了對撞機中微子的首次直接觀測，并將幫助我們了解這些粒子是如何形成的，它們的性質是什么，以及它們在宇宙演化中的作用。

使用大型強子對撞機上的FASERnu探測器獲得的結果，被介紹早在 2023 年 3 月在意大利舉行的第 57 屆莫里昂德電弱相互作用和統一理論會議上。

“我們從一個全新的來源——粒子對撞機——發現了中微子，在那里你有兩束粒子以極高的能量撞擊在一起，”粒子物理學家喬納森·馮說當時的加州大學歐文分校。

現在，兩篇同行評審論文（這里和這里）終于在檢測上公布了，使得整個事情更加官方和令人興奮.

中微子是宇宙中最豐富的亞原子粒子之一，僅次于光子。但它們沒有電荷，它們的質量幾乎為零，它們幾乎不與遇到的其他粒子相互作用。現在有數千億個中微子流經你的身體。

中微子是在能量環境中產生的，例如核聚變這發生在恒星內部，或超新星爆炸。雖然我們可能不會在日常基礎上注意到它們，但物理學家認為它們的質量——然而輕微– 可能會影響宇宙的引力（盡管中微子幾乎被排除為暗物質).

雖然它們與物質的相互作用很小，但并非完全不存在;時不時地，一個宇宙中微子與另一個粒子碰撞，產生非常微弱的光爆發。

與其他輻射源隔離的地下探測器可以探測到這些爆發。冰立方在南極洲，超級神岡在日本，以及迷你布尼在伊利諾伊州的費米實驗室有三個這樣的探測器。

然而，粒子對撞機中產生的中微子長期以來一直被物理學家所尋找，因為所涉及的高能量不如低能中微子得到很好的研究。

“他們可以以我們無法學習的方式告訴我們深空，”歐洲核子研究中心的粒子物理學家杰米博伊德說。“大型強子對撞機中的這些非常高能的中微子對于理解粒子天體物理學中真正令人興奮的觀測結果非常重要。

法瑟努是一個乳化檢測器由毫米厚的鎢板與乳液膜層交替組成。選擇鎢是因為其高密度，增加了中微子相互作用的可能性;該探測器由730個乳液膜組成，鎢總質量約為1噸。

在大型強子對撞機的粒子實驗中，中微子可以與鎢板中的原子核碰撞，產生在乳液層中留下軌跡的粒子，有點像電離輻射在乳液層中留下軌跡的方式。云室.

這些板需要像照相膠片一樣顯影，然后物理學家才能分析粒子軌跡以找出產生它們的原因。

確定了六個中微子候選者，早在 2021 年發布.現在，研究人員已經證實了他們的發現，使用了去年開始的升級大型強子對撞機第三次運行的數據，其顯著性水平16 西格瑪.

這意味著信號隨機產生的可能性非常低，幾乎為零;5 Sigma 的顯著性水平足以成為粒子物理學的發現。

FASER團隊仍在努力分析探測器收集的數據，似乎可能會有更多的中微子探測隨之而來。大型強子對撞機的第3次運行預計將繼續進行直到2026年，數據收集和分析正在進行中。

早在 2021 年，加州大學歐文分校的物理學家大衛·卡斯珀預計運行將產生大約10,000個中微子相互作用，這意味著我們幾乎沒有觸及FASERnu所提供的表面。

“中微子是唯一已知的粒子，大型強子對撞機的更大實驗無法直接探測到，”他說，“所以FASER的成功觀測意味著對撞機的全部物理潛力終于被開發出來了。

該團隊的結果已發表在物理評論信這里和這里.

本文的一個版本于 2023 年 3 月首次發布。

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