Pour la toute première fois, des chercheurs ont détecté des candidats neutrinos produits par le Large Hadron Collider (LHC) dans l’installation du CERN près de Genève, en Suisse.
Dans une étape majeure de la physique des particules, les chercheurs d’une nouvelle étude rapportent avoir observé six interactions de neutrinos au cours d’une expérience au LHC. Les neutrinos sont des particules subatomiques qui ont une très petite masse comme un électron, mais n’ont pas de charge électrique, une caractéristique qui les rend extrêmement difficiles à détecter.
Ces neutrinos auraient été créés lors de l’exploitation inaugurale d’un détecteur d’émulsion combiné à la collaboration FASER (Forward Search Experiment) du CERN en 2018.
“Avant ce projet, aucun signe de neutrinos n’avait jamais été observé dans un collisionneur de particules”, a déclaré le co-auteur Jonathan Feng, professeur de physique et d’astronomie à l’Université de Californie à Irvine et co-responsable de la collaboration FASER, dans un communiqué. déclaration. “Cette percée significative est une étape vers le développement d’une compréhension plus profonde de ces particules insaisissables et du rôle qu’elles jouent dans l’univers.”
Le LHC, qui comprend quatre détecteurs principaux : ALICE, ATLAS, CMS et LHCb, fonctionne généralement par collision de deux faisceaux de particules de haute énergie proches de la vitesse de la lumière. Lorsque les particules chargées, comme les protons, s’entrechoquent à des vitesses aussi élevées, l’énergie de l’impact devient matière sous la forme de nouvelles particules ou particules subatomiques. Ainsi, le LHC peut essentiellement « produire » des particules subatomiques.
Dans cette expérience au LHC, l’équipe effectuait un test pilote avec un nouvel instrument détecteur d’émulsion composé de plaques métalliques denses de plomb et de tungstène entrecoupées de couches d’émulsion. Les plaques ou couches d’émulsion, en physique, fonctionnent beaucoup comme les films photographiques à l’ancienne, a expliqué Feng dans le communiqué. Lorsque des bandes de film sont exposées à la lumière, les photons se présentent sous forme d’images au fur et à mesure que le film se développe. De même, avec cet instrument, lorsqu’elles sont exposées aux collisions de particules, les couches d’émulsion ont révélé des interactions de neutrinos après avoir été traitées.
Les particules entrant en collision au cours de ce test ont produit des neutrinos qui se sont ensuite brisés en noyaux dans le métal dense des plaques. Les particules résultantes ont traversé les couches d’émulsion et ont créé des « empreintes » observables laissées derrière, selon le communiqué.
Cette détection signalée d’interactions de neutrinos révèle deux choses principales, a partagé Feng.
“Tout d’abord, il a vérifié que la position en avant du point d’interaction ATLAS au LHC est le bon emplacement pour détecter les neutrinos des collisionneurs”, a déclaré Feng. “Deuxièmement, nos efforts ont démontré l’efficacité de l’utilisation d’un détecteur d’émulsion pour observer ce type d’interactions de neutrinos.”
Ce n’est que le début d’une quête très ambitieuse pour détecter les interactions de neutrinos et continuer à explorer le monde étrange des particules subatomiques, a déclaré le co-auteur David Casper, co-responsable du projet FASER et professeur agrégé à l’UCI, dans le même communiqué.
« Compte tenu de la puissance de notre nouveau détecteur et de son emplacement privilégié au CERN, nous espérons pouvoir enregistrer plus de 10 000 interactions de neutrinos dans la prochaine exploitation du LHC, à partir de 2022 », a déclaré Casper. “Nous détecterons les neutrinos les plus énergétiques qui aient jamais été produits à partir d’une source artificielle.”
L’équipe FASER a également de grands projets pour explorer la matière noire au LHC. L’équipe travaille sur une expérience avec des instruments FASER pour essayer de détecter ce que l’on appelle les “photons noirs”, dont les scientifiques s’attendent à révéler le comportement et la nature de la matière noire, selon le communiqué.
Ce travail a été décrit dans un article publié aujourd’hui (26 novembre) dans la revue Physical Review D.
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