Łapanie neutrin w Wielkim Zderzaczu Hadronów

W opublikowanym w tym tygodniu artykule na łamach czasopisma Physical Review D współpraca eksperymentalna FASER doniosła o możliwej pierwszej, historycznej obserwacji neutrin w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC). Jednym z inicjatorów tego eksperymentu był dr Sebastian Trojanowski z Międzynarodowej Agendy Badawczej AstroCeNT przy Centrum Astronomicznym im. Mikołaja Kopernika PAN oraz Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ).

Neutrina to niewątpliwie najtrudniejsze do bezpośredniego badania znane nam cząstki. Do ich detekcji używa się detektorów o rozmiarach dużych budynków lub wręcz lodowej góry, a badania prowadzi się przez wiele lat. W innowacyjnych badaniach tego typu w LHC rozmiary eksperymentu można jednak znacznie zmniejszyć, dzięki wykorzystaniu bardzo skupionej wiązki neutrin produkowanych w zderzaczu. Wstępne obserwacje opisane w artykule wykonano przy użyciu podręcznego detektora o rozmiarach sześcianu o boku 10-20cm, który zostawiono w odpowiednim miejscu na zaledwie kilka tygodni. Obserwacja dotyczy zaledwie kilku zderzeń charakterystycznych dla oddziaływań neutrin, jednak bardzej znaczący jest sposób jej dokonania.

“Celem tego pilotażowego badania było zademonstrowanie skuteczności obranej metody poszukiwań neutrin w warunkach panujących w LHC” – mówi dr Jamie Boyd, jeden z liderów eksperymentu – “Jesteśmy podekscytowani widząc, że tak małe urządzenie, które stanowi zaledwie ok. 1% całkowitego rozmiaru planowanego detektora, umożliwiło obserwację pierwszych kandydatów na zdarzenia neutrinowe w historii zderzaczy cząstek.”

W opublikowanej wcześniej w tym roku pracy na łamach Journal of High Energy Physics, napisanej wspólnie przez doktoranta NCBJ mgr Krzysztofa Jodłowskiego oraz dr Trojanowskiego, zauważono, również, że połączenie dużej energii neutrin produkowanych w LHC oraz wyjątkowych możliwości detektora FASER do obserwacji szczegółów ich zderzeń, otwiera nową perspektywę badań niestandardowych oddziaływań neutrin. “Cieszymy się, że po naszej pracy już kilkanaście innych artykułów podjęło tę tematykę. Poszukiwania tzw. nowej fizyki w oddziaływaniach neutrin stały się jednym z istotnych celów tego nowego programu badawczego” - mówi dr Trojanowski.

Główny etap działania eksperymentu FASER ma się rozpocząć wraz z nowym okresem prac w LHC w nadchodzącym roku. Podczas kilku lat działania eksperymentu naukowcy spodziewają się zaobserwować tysiące zdarzeń neutrinowych. Pozwoli to również pośrednio lepiej zrozumieć naturę sił spajających jądra atomowe oraz oddziaływań prowadzących do spektakularnych zderzeń promieni kosmicznych z atmosferą ziemską. Wysiłki te wpiszą się również w bardzo szeroką tematykę badań nad neutrinami, które prowadzone są w wielu ośrodkach na świecie, m.in. w Warszawskiej Grupie Neutrinowej działającej przy NCBJ oraz na Uniwersytecie Warszawskim.

Informacje uzupełniajace:

Eksperyment FASER został zaproponowany przez kilkuosobową grupę naukowców CERN, w której dr Trojanowski odgrywał znaczacą rolę. Donosiliśmy o tym we wcześniejszych komunikatach: https://old.ncbj.gov.pl/aktualnosci/faser-nowy-eksperyment-lhc-mocnym-na...

Między innymi za to osiągnięcie dr Trojanowski został wyróżniony, w tym roku, Nagrodą Naukową Polityki w dziedzinie nauk ścisłych: https://old.ncbj.gov.pl/aktualnosci/dr-sebastian-trojanowski-zdobyl-tego...

Praca oryginalna: https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.104.L091101