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中微子 ， 难以捉摸 ， 难以发现
中微子 ， 碰撞产生的奇迹
FASER 粒子探测器 。（图片来源：欧洲核子研究中心CERN）
（* FASER ， 或前向搜索实验 ， 旨在搜索轻和极弱相互作用的粒子 。 ）
研究人员有史以来第一次在瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心设施（CERN）中检测到由大型强子对撞机 (LHC) 产生的候选中微子 。
（CERN成员国分布 。 来自维基百科）
研究人员在一项全新的研究中报告 ， 在大型强子对撞机（LHC）的一项实验中观察到了六种中微子的相互作用 ， 该项报告属于粒子物理学中的一个重要里程碑 。 中微子是亚原子粒子 ， 其质量像电子一样非常小 ， 但没有电荷——这一特性使得它们极难探测 。
据说这些中微子是2018年与欧洲核子研究中心（CERN）前向搜索实验（FASER）合作的乳剂探测器的首次运行期间产生的 。
（FASER构造 。 来自OREGON学校官网）
“在这个项目之前 ， 从未在粒子对撞机上看到过中微子的迹象 ， ”合著者、加州大学欧文分校物理学和天文学教授、FASER协会的共同负责人乔纳森·冯在一篇文章中说到 。“这一重大突破是朝着更深入地了解这些难以捉摸的粒子及其在宇宙中所扮演的角色迈出的一步 。 ”
大型强子对撞机（LHC）——包括四个主要探测器：ALICE、ATLAS、CMS 和 LHCb——通常通过以接近光速的速度将两个高能粒子束相互碰撞来工作 。 当带电粒子 ， 如质子 ， 以如此高的速度相互撞击时 ， 撞击的能量会变成新粒子或亚原子粒子形式的物质 。 所以大型强子对撞机基本上可以“产生”亚原子粒子 。
在大型强子对撞机的这次运行中 ， 该团队正在使用一种新的乳剂检测仪进行试点测试 。 该仪器由密集的铅和钨金属板组成 ， 散布着一层乳剂 。 冯在声明中解释说 ， 在物理学中乳剂板或层与老式的电影胶片很类似 。 当电影胶片暴露在光线下时 ， 光子会随着胶片的显影而显示为图像 。 同样 ， 使用该仪器 ， 当暴露于粒子碰撞时 ， 乳剂层在处理后显示出中微子相互作用 。
在这次测试中 ， 粒子间的碰撞产生了中微子 ， 然后在金属板的致密金属中撞击成原子核 。测试结果显示 ， 由此产生的粒子穿过乳剂层并留下了可观察到的“印记” 。
冯分享说 ， 报告的中微子相互作用测试揭示了两个主要问题 。
“首先 ， 它验证了大型强子对撞机中探测器ATLAS 相互作用点在前方的位置是探测对撞机中微子的正确位置 ， ” 冯说 。“其次 ， 我们的努力证明了使用乳剂检测仪观察这些中微子相互作用的有效性 。 ”
（ATLAS内部构造 。 来自ATLAS官网）
这只是一项雄心勃勃的探索中微子相互作用并继续探索亚原子粒子奇异世界的开始 ， 共同作者、FASER 项目联合负责人兼 UCI 副教授大卫卡斯珀在同一份声明中说 。
“鉴于我们新探测器的强大功能及其在欧洲核子研究中心（CERN）的主要位置 ， 我们预计从 2022 年开始 ， 在大型强子对撞机（LHC）的下一次运行中能够记录超过10000次中微子相互作用 ， ”卡斯珀说 。“我们将探测到有史以来从人造源产生的能量最高的中微子 。 ”
FASER团队也有在大型强子对撞机（LHC）探索暗物质的宏伟计划 。 他们的声明称 ， 该团队正致力于使用FASER仪器进行实验 ， 以尝试检测所谓的“暗光子” ， 科学家们希望通过这些实验来揭示暗物质的行为和性质 。
今天（11 月 26 日）发表在《物理评论 D》杂志上的一篇论文描述了这项工作 。
相关知识
大型强子对撞机是一座位于瑞士日内瓦近郊欧洲核子研究组织的对撞型粒子加速器 ， 作为国际高能物理学研究之用 。 LHC已经建造完成 ， 2008年9月10日开始试运转 ， 并且成功地维持了两质子束在轨道中运行 ， 成为世界上最大的粒子加速器设施 。
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