«Partículas fantasma» detectadas en el LHC, una primera

Un equipo internacional de físicos acaba de completar la primera detección de neutrinos candidatos producidos por el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN. En un artículo publicado en la revista Revisión física D, los investigadores describen cómo observaron seis interacciones en una prueba piloto realizada en 2018.

Las «partículas fantasma»

los neutrinos son partículas elementales 100.000 veces más pequeñas que un electrón, cuya masa es virtualmente cero. Producidos en estrellas, supernovas o incluso quásares, rara vez interactúan con la materia, lo que dificulta su detección. Por esta razón, los neutrinos se describen a menudo como «partículas fantasma». Sin embargo, son abundantes. Manten eso en mente miles de millones de ellos pasan por tu cuerpo cada segundo.

En los últimos años, los científicos han desarrollado varias instalaciones capaces de registrar rastros de su paso. Estas estructuras, detectores de luz ultrasensibles llamados fotomultiplicadores, a menudo se sumergen en agua pura. La idea es entonces detectar los destellos brillantes (luz Cherenkov) emitidos cuando un neutrino choca con un átomo contenido en agua.

Pilotado por los estadounidenses y enterrado en el hielo de la Antártida cerca de la estación del Polo Sur, Cubo de hielo es el detector de neutrinos más grande del mundo hasta la fecha. También hay algunos en Japón o en el fondo del lago Baikal, En Rusia.

Durante mucho tiempo se pensó que los aceleradores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en la región fronteriza franco-suiza podrían producirlos y luego detectarlos, pero aún era necesario tener los instrumentos adecuados. Ahora esta hecho.

Una primicia en el LHC

Durante una prueba piloto de un experimento llamado FASER, instalado en 2018, los científicos detectó seis interacciones de neutrinos.

« Antes de este proyecto, nunca se observó ninguna señal de neutrinos en un colisionador de partículas.“, Confirma Jonathan Feng, coautor de un estudio que describe los resultados. » Este avance significativo es un paso hacia el desarrollo de una comprensión más profunda de estas elusivas partículas y el papel que desempeñan en el universo.«.

Ubicado a 480 metros aguas abajo de donde ocurren las colisiones de partículas, el instrumento FASER consta de láminas de plomo y tungsteno separadas por capas de emulsión. Algunos de los neutrinos llegarán luego a los núcleos de estos átomos metálicos, liberando otras partículas en el proceso que pasarán a través de estas capas y dejarán rastros visibles. Por tanto, recientemente se han detectado seis de estas marcas.

Un instrumento nuevo, más grande y más sensible

Sobre la base de este éxito, el equipo FASER, compuesto por 76 físicos de 21 instituciones en nueve países, está preparando una nueva serie de experimentos con un instrumento mucho más grande y sensible llamado FASERnu. Este último pesará más de 1.090 kg contra solo 29 kg para el instrumento piloto. Su mayor sensibilidad le permitirá detectar más neutrinos con más frecuencia.

« Dado el poder de nuestro nuevo detector y su ubicación privilegiada en el CERN, esperamos poder registrar más de 10,000 interacciones de neutrinos en el próximo ciclo del LHC, a partir de 2022“, Subraya David Casper, coautor del estudio. » Detectaremos los neutrinos más energéticos jamás producidos a partir de una fuente artificial«.

En última instancia, aprehender estas «partículas fantasmas» podría proporcionar respuestas a algunos grandes acertijos de la física, como la pregunta de por qué el Universo está hecho solo de materia y no de antimateria.