Un equipo internacional del Experimento de Búsqueda Avanzada dirigido por físicos de la Universidad de California, Irvine, logró la primera detección de candidatos a neutrinos producidos por el Gran Colisionador de Hadrones en las instalaciones del CERN cerca de Ginebra, Suiza.
En un artículo publicado el 24 de noviembre de 2021 en la revista Physical Review D, los investigadores describen cómo pusieron en marcha un detector de emulsión compacto instalado en el Gran Colisionador de Hadrones en 2018. Se observó la interacción de seis neutrinos durante este período.
“Antes de este proyecto, nunca se habían visto neutrinos en un colisionador de partículas”, dijo el coautor Jonathan Feng, profesor distinguido de física y astronomía de la UCI y codirector de la colaboración FASER. El avance es un paso hacia una comprensión más profunda de estas escurridizas partículas y su papel en el universo”.
Feng dijo que los hallazgos durante el juicio le dieron a su equipo dos piezas clave de información.
“Primero, verifica que la ubicación frente al punto de interacción ATLAS del LHC es la ubicación correcta para detectar neutrinos colisionadores”, dijo Feng. “Segundo, nuestros esfuerzos demuestran el uso de detectores de emulsión para observar este tipo de neutrinos. La efectividad de subinteracciones.”
El aparato de prueba se compone de placas alternas de plomo y tungsteno con capas de emulsión. Durante las colisiones de partículas en el Gran Colisionador de Hadrones, algunos de los neutrinos producidos chocan contra núcleos en metales densos, produciendo partículas que pasan a través de capas de emulsiones y producen rastros visibles después del procesamiento. Las muescas proporcionan pistas sobre las energías de las partículas, de qué tipo son (Dow, 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 la cámara digital. Los fotones dejan rastros cuando la película de 35 mm se expone a la luz, y estos rastros aparecen como patrones cuando se revela la película. Los investigadores de FASER también pudieron ver las interacciones de los neutrinos después de quitar y lavar la capa de emulsión del detector.
Feng dijo: “Después de verificar la validez del método del detector de emulsión para observar las interacciones de los neutrinos producidos por los colisionadores de partículas, el equipo FASER ahora se está preparando para realizar una serie de nuevos experimentos con un instrumento completo más grande y sensible”.
Desde 2019, Feng y sus colegas han estado preparando un experimento utilizando el instrumento FASER para investigar la materia oscura del LHC. Esperan detectar fotones oscuros, lo que permitirá a los investigadores ver por primera vez cómo la materia oscura interactúa de forma no gravitacional con los átomos normales y otra materia del universo.
Tras el éxito de su trabajo con neutrinos en los últimos años, el equipo FASER, compuesto por 76 físicos de 21 instituciones en nueve países, está combinando un nuevo detector de emulsión con el instrumento FASER. El detector experimental pesa alrededor de 64 libras, mientras que el instrumento FASERnu pesará más de 2400 libras, y será más reactivo y capaz de distinguir entre especies de neutrinos.
El colíder del proyecto FASER, David Casper, profesor asociado de física y astronomía de la UCI, dijo: “Dada la potencia de nuestro nuevo detector y su ubicación privilegiada en el CERN, esperamos el comienzo de 2022 en el Gran Colisionador de Hadrones. Se producirán más de 10 000 interacciones de neutrinos”. se registrará en la próxima ejecución. Detectaremos los neutrinos de mayor energía jamás producidos por humanos”.
Casper señaló que FASERnu es único en el sentido de que, mientras que otros experimentos pueden distinguir entre uno o dos neutrinos, observará los tres tipos de neutrinos, así como sus contrapartes antineutrinos. Casper dijo que solo ha habido unas 10 observaciones de neutrinos Dow a lo largo de la historia humana, pero espera que su equipo pueda duplicar o triplicar ese número en los próximos tres años.
“Esto encaja muy bien en la tradición del departamento de física de la UCI, ya que se basa en el legado de Frederick Reines, miembro fundador de la facultad de la UCI que ganó el Premio Nobel de Física por el primer descubrimiento del neutrino”, dijo Feng.
“Produjimos un experimento de clase mundial en un tiempo récord y de fuentes muy poco convencionales en el principal laboratorio de física de partículas del mundo. Tenemos mucho apoyo para la Fundación Heising-Simons y la Fundación Simons, así como para la Asociación Japonesa para la Promoción de Ciencias y el CERN. Muchas gracias por su generoso apoyo”, concluyó Casper.
