Международная коллаборация FASER впервые зарегистрировала нейтрино, полученные на коллайдере в ЦЕРНе. Это достижение расширит понимание природы нейтрино, частиц, которые были впервые обнаружены в 1956 году, наиболее часто встречаются в космическом пространстве и являются главными участниками процесса горения звезд. Также эти работы могут помочь пролить свет на космические нейтрино, которые пролетают большие расстояния и при взаимодействии с веществом Земли открывают возможности в изучении дальнего космоса.

«Мы обнаружили нейтрино от совершенно нового источника, коллайдера, где при сверхвысоких энергиях происходит столкновение двух пучков ускоренных частиц», ― рассказал Джонатан Фэн, специалист в области физики элементарных частиц Калифорнийского университета в Ирвайне и соруководитель коллаборации FASER, которая объединяет более 80 ученых из 22 научных центров, в том числе ОИЯИ. Детектор частиц FASER (Forward Search Experiment) находится в Европейском центре ядерных исследований ЦЕРН, где регистрирует частицы, полученные на Большом адронном коллайдере.

Результат о регистрации коллайдерного нейтрино коллаборация FASER представила на 57-й Мориондской конференции «Электрослабые взаимодействия и единые теории», проходившей в Италии.

ОИЯИ представлен в эксперименте группой из сотрудников Лаборатории ядерных проблем, имеющих большой опыт работы в экспериментах по физике нейтрино, в частности в эксперименте OPERA.

«В OPERA для регистрации нейтрино использовалась ядерная фотоэмульсия. FASER также имеет фотоэмульсионный субдетектор (FASERnu), предназначенный для регистрации нейтрино, полученных на LHC. Группа ОИЯИ участвует в моделировании сигнала, реконструкции и анализе фотоэмульсионных данных, проектировании и создании системы охлаждения с возможностью контроля и стабилизации температуры для FASERnu», – рассказала участник коллаборации FASER от ОИЯИ, научный сотрудник Сектора экспериментальной нейтринной физики Светлана Васина.

Нейтрино известны науке уже несколько десятилетий и сыграли важную роль в формировании Стандартной модели физики элементарных частиц. Однако до сих пор ни в одном эксперименте не было зарегистрировано ни одного нейтрино, рожденного в столкновении пучков.

Вклад ученых ОИЯИ в нейтринную физику начался с работ Бруно Понтекорво. Вплоть до сегодняшнего дня большая часть изучаемых физиками нейтрино были относительно низкоэнергетическими. А нейтрино, зарегистрированные FASER, ― нейтрино самых высоких энергий, когда-либо полученных в лаборатории. Они схожи с нейтрино в широких ливнях частиц в атмосфере Земли, вызванных частицами из дальнего космоса.

«Они могут рассказать нам о глубоком космосе то, что мы не можем узнать другими способами, ― говорит Джейми Бойд, специалист в области физики элементарных частиц, работающий в ЦЕРНе. ― Нейтрино сверхвысоких энергий, полученные на LHC, важны для понимания захватывающих явлений, наблюдаемых в астрофизике частиц».

FASER ― инновационный и уникальный эксперимент по регистрации элементарных частиц. По сравнению с другими установками в ЦЕРНе, такими как, например, ATLAS, который занимает несколько этажей и весит тысячи тонн, вес детектора FASER всего лишь около тонны. Это позволило разместить его в небольшом вспомогательном тоннеле ЦЕРНа. Более того, понадобилось всего несколько лет, чтобы его спроектировать и построить, используя уже готовые элементы других экспериментов.

Кроме детектирования нейтрино, FASER также нацелен на обнаружение частиц темной материи, которая, по мнению физиков, составляет большую часть всей материи во Вселенной и пока остается недоступной прямому наблюдению. Задачей эксперимента FASER является обнаружение проявлений темной материи, и поскольку через несколько месяцев на LHC начинается новый цикл исследований с использованием встречных пучков, детектор FASER уже готов к их регистрации, если они появятся.

Ранее коллаборация FASER уже объявляла о нескольких нейтрино, рожденных в столкновении пучков и зарегистрированных эмульсионным детектором. Последний результат получен на основе большой статистики по нейтрино сверхвысоких энергий, зарегистрированных электронным детектором FASER со статистической значимостью, превышающей 16 сигм.

Детектор элементарных частиц FASER, расположенный глубоко под землей в одном из служебных туннелей LHC и сконструированный в основном из запасных элементов других экспериментов CERN, например проекта ATLAS | Фото: @FASER