Des physiciens de la collaboration FASER (Forward Search Experiment) ont observé six interactions de neutrinos au cours d’un essai pilote de FASERν, un détecteur d’émulsion compact installé au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN en 2018.
L’événement FASERν affiche deux des sommets neutres dans la projection yz longitudinale à la direction du faisceau (à gauche) et dans la vue transversale à la direction du faisceau (à droite). Crédit image : Collaboration FASER.
“Avant ce projet, aucun signe de neutrinos n’avait jamais été observé dans un collisionneur de particules”, a déclaré le professeur Jonathan Feng, chercheur au département de physique et d’astronomie de l’Université de Californie à Irvine et co-responsable de la collaboration FASER. .
“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.”
L’instrument FASERν était composé de plaques de plomb et de tungstène alternées avec des couches d’émulsion.
Lors des collisions de particules au LHC, certains des neutrinos produits se brisent dans les noyaux des métaux denses, créant des particules qui traversent les couches d’émulsion et créent des marques qui sont visibles après le traitement.
Ces gravures fournissent des indices sur les énergies des particules, leurs saveurs – tau, muon ou électron – et s’il s’agit de neutrinos ou d’antineutrinos.
“L’émulsion fonctionne d’une manière similaire à la photographie à l’ère de l’appareil photo numérique”, a déclaré le Dr Feng.
« Lorsqu’un film 35 mm est exposé à la lumière, les photons laissent des traces qui se révèlent sous forme de motifs lorsque le film est développé. »
Les physiciens du FASER ont également pu observer les interactions des neutrinos après avoir retiré et développé les couches d’émulsion du détecteur.
“Après avoir vérifié l’efficacité de l’approche du détecteur d’émulsion pour observer les interactions des neutrinos produits dans un collisionneur de particules, nous préparons maintenant une nouvelle série d’expériences avec un instrument complet qui est beaucoup plus grand et beaucoup plus sensible”, a déclaré le Dr Feng.
« 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 lors de la prochaine exploitation du LHC, à partir de 2022 », a déclaré le Dr David Casper, chercheur au Département de physique et d’astronomie de l’Université de Californie, Irvine, et co-responsable du projet FASER.
“Nous détecterons les neutrinos les plus énergétiques qui aient jamais été produits à partir d’une source artificielle.”
“Ce qui rend FASERν unique, c’est que même si d’autres expériences ont été capables de distinguer un ou deux types de neutrinos, il sera capable d’observer les trois saveurs ainsi que leurs homologues antineutrinos.”
“Il n’y a eu qu’une dizaine d’observations de neutrinos tau dans toute l’histoire de l’humanité, mais nous pensons que notre équipe pourra doubler ou tripler ce nombre au cours des trois prochaines années.”
Les résultats ont été publiés dans la revue Examen physique D.
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Henso Abreu et al. (Collaboration FASER). 2021. Premiers candidats à l’interaction neutrino au LHC. Phys. Rév. D 104 (9) : L091101 ; doi: 10.1103/PhysRevD.104.L091101
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