El Gran Colisionador de Hadrones entra en territorio desconocido

La colaboración FASER ha realizado su primera observación de neutrinos producidos en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) durante su campaña de medición, con una significación estadística que supera el umbral de un descubrimiento en física de partículas. La observación incluye neutrinos muónicos y eventos candidatos a neutrinos electrónicos. Además, la colaboración presentó resultados sobre búsquedas de fotones oscuros, lo que permitió la exclusión de regiones motivadas por la materia oscura. FASER tiene como objetivo recopilar más datos para permitir más investigaciones y mediciones de neutrinos. La detección de neutrinos producidos en colisiones de protones en el LHC puede contribuir al estudio de neutrinos de alta energía de fuentes astrofísicas y probar la universalidad del mecanismo de interacción de diferentes especies de neutrinos.

La primera observación de neutrinos colisionadores en el LHC allana el camino para la exploración de nuevos escenarios físicos.

Aunque los neutrinos se producen en abundancia en las colisiones del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), hasta el momento no se han detectado neutrinos producidos de esta forma. Apenas nueve meses después del inicio de la fase 3 del LHC y del inicio de su campaña de mediciones, el MÁS FÁCILMENTE La colaboración cambió esa imagen al anunciar su primer avistamiento de neutrinos colisionadores durante la sesión electrodébil de los Rencontres de Moriond de este año. En particular, FASER observó eventos candidatos a neutrinos muónicos y neutrinos electrónicos. “Nuestra significancia estadística es de aproximadamente 16 sigma, superando con creces 5sigmael umbral de un descubrimiento en física de partículas”, explica Jamie Boyd, co-portavoz de FASER.

Además de su observación de neutrinos en un colisionador de partículas, FASER presentó resultados sobre búsquedas de fotones oscuros. Con un resultado cero, la colaboración pudo establecer límites en un espacio de parámetros previamente inexplorado y comenzó a excluir regiones motivadas por la materia oscura. FASER tiene como objetivo recopilar hasta diez veces más datos en los próximos años, lo que permitirá más investigaciones y mediciones de neutrinos.

FASER (arriba) y [email protected] (abajo) detectores. Crédito: CERN

FASER es uno de los dos nuevos experimentos ubicados a ambos lados de la caverna ATLAS para detectar neutrinos producidos durante las colisiones de protones en ATLAS. experiencia adicional, [email protected], también informó sus primeros resultados a Moriond, mostrando ocho eventos de neutrinos muónicos candidatos. “Todavía estamos trabajando en la evaluación de las incertidumbres sistemáticas en el fondo. Como resultado muy preliminar, nuestra observación puede afirmarse en el nivel 5 sigma”, agrega [email protected] el portavoz Giovanni De Lellis. EL [email protected] El detector se instaló en el túnel LHC justo a tiempo para el inicio de LHC Run 3.

Hasta ahora, los experimentos con neutrinos solo han estudiado neutrinos del espacio, la Tierra, reactores nucleares o experimentos con objetivos fijos. Si bien los neutrinos astrofísicos son muy energéticos, como los que puede detectar el experimento IceCube en el Polo Sur, los neutrinos solares y de reactores generalmente tienen energías más bajas. Los neutrinos en experimentos con objetivos fijos, como los del CERN Las zonas norte y anteriormente oeste se encuentran en la región de energía de hasta unos pocos cientos de gigaelectronvoltios (GeV). FASER y [email protected] reducirá la brecha entre los neutrinos de objetivo fijo y los neutrinos astrofísicos, cubriendo un rango de energía mucho más alto, entre unos pocos cientos de GeV y varios TeV.

Uno de los temas de física inexplorados en los que contribuirán es el estudio de neutrinos de alta energía de fuentes astrofísicas. De hecho, el mecanismo de producción de neutrinos en el LHC, así como su energía en el centro de masa, es el mismo que el de los neutrinos de muy alta energía producidos durante las colisiones de los rayos cósmicos con la atmósfera. Estos neutrinos “atmosféricos” proporcionan un telón de fondo para la observación de neutrinos astrofísicos: las mediciones de FASER y [email protected] se puede utilizar para estimar con precisión este ruido de fondo, abriendo así el camino a la observación de neutrinos astrofísicos.

Otra aplicación de esta investigación es la medición de la tasa de producción de los tres tipos de neutrinos. Los experimentos probarán la universalidad de su mecanismo de interacción midiendo la proporción de diferentes neutrinos. especies producido por el mismo tipo de partícula madre. Esta será una prueba importante del Modelo Estándar en el sector de neutrinos.