粒子加速器の最初の検出

大型ハドロン衝突型加速器による核反応で生成されるニュートリノが初めて検出された。 物理学者は、粒子が光速近くまで加速され、衝突するときに起こる反応によってニュートリノが生成されることを確信していましたが、証拠を捕捉することは別の問題でした。 この成果は、素粒子物理学者が素粒子の挙動に関する大きな未知の部分を解決するのに役立つ可能性がある。

1930 年代、物理学者は、多くの核反応の生成物が、反応に先立つ粒子よりも少ないエネルギーを持っているように見えることに気づきました。 これはエネルギー保存の法則に違反しており、不足している製品が他にもあるという明白な説明がありました。 ニュートリノと呼ばれるそのような粒子は、非常に軽い必要があり（長い間、質量がないと考えられていました）、より身近な物体と非常に弱く相互作用するだけです。 そうでなければ、もっと簡単に見つけられたでしょう。

純粋に問題を解決するために発明された検出不可能な物体という考えには一部の軽蔑もあったが、1956 年に原子炉からニュートリノが発生していることが確認され、この発見はノーベル賞を受賞した。 それ以来、それらは太陽、宇宙線と高層大気の相互作用、超新星などの高エネルギー天文現象に由来することが発見されています。

「新しい情報源が生まれるたびに、素粒子物理学から地球物理学、天体物理学や宇宙論に至るまで、多くの分野に重要な意味を持つ新たな洞察が得られる」と前方探索実験（FASER）共同研究は書いている。 研究者はフレーバーとして知られる 3 つのタイプを特定しました。 毎秒何兆もの粒子があなたの体を通過しますが、その通過中に他の粒子を生成または変化させるごく一部の粒子によって形成された痕跡を確認するには、地下に埋められた巨大な水のタンクが必要です。

CERN の大型ハドロン衝突型加速器のような機械で生成される数値は、当然のことながら天文学的な起源の数値のほんの一部であるため、それらを見つける作業はさらに困難になります。 それにもかかわらず、これは現在 2 つのチームによって独立して行われています。

「ニュートリノは、LHCなどの陽子衝突型加速器で非常に豊富に生成されます」とSND@LHCコラボレーションのCristovao Vilela氏はPhys.orgに語った。 「しかし、これまで、これらのニュートリノは直接観測されたことはありませんでした。ニュートリノと他の粒子との相互作用が非常に弱いため、その検出は非常に困難であり、そのため素粒子物理学の標準モデルでは最もよく研​​究されていない粒子です。」

実際、ニュートリノは標準模型の中で粒子衝突器から検出されなかった唯一の粒子であり、したがって存在が確認されています。

2 つのチームはニュートリノ捕捉に対して異なるアプローチを採用しました。 FASER との共同研究では、ビームラインに沿って検出器を配置し、粒子まで同様の経路をたどる最も高いエネルギーのニュートリノがビームラインを通過できるようにしました。 まだ観察するのは難しいですが、高エネルギーのニュートリノは、低エネルギーのニュートリノよりも他の物質と相互作用する可能性が高くなります。

FASER 検出器は、厚さ 1.1 mm (0.044 インチ) のタングステン シート 730 枚で構成され、間に乳剤フィルムが挟まれています。 研究チームは、5 か月にわたる観測で、バックグラウンド レベルを超える 2,000 億電子ボルト以上のエネルギーを 153 件検出するという成果を上げました。

一方、SND@LHC は検出器を脇に置き、8 つの候補イベントのみを観測しました。 両チームは検出器を100メートルの石とコンクリートで覆い、反応で生成される他の粒子のほとんどをブロックした。 ニュートリノは、その質量すべてと相互作用する可能性が低いため、無傷で通過しました。 それにもかかわらず、ビエラはすべてのニュートリノについてそれを説明しました。 SND@LHC 検出器は、非常によく似た信号を引き起こす数千万個のミューオンを検出しました。

干し草の山の中の針の話は、ミューオンによって引き起こされる相互作用からニュートリノ相互作用を選び出そうとする試みを正当に評価しません。

この発見は、FASER と SND@LHC による Physical Review Letters の 2 つの論文で発表されました。