На Большом адронном коллайдере впервые поймали рукотворные нейтрино — помог собранный на коленке детектор FASERnu
Большой адронный коллайдер впервые в истории физики высоких энергий стал полноценным источником нейтрино. Эксперимент FASER, изначально не предназначенный для этой цели, зафиксировал с беспрецедентной достоверностью потоки высокоэнергетических «призрачных частиц», открыв новую эру в их изучении и предоставив уникальный инструмент для моделирования космических процессов.
Боковой тоннель как портал в астрофизику
Прорывное открытие было сделано на установке FASERnu, компактный детектор которой расположен в служебном коридоре коллайдера, в 480 метрах от точки столкновения протонных пучков. Детектор, собранный из компонентов предыдущих экспериментов, представляет собой слоистую структуру из вольфрамовых пластин и ядерной фотоэмульсии. При взаимодействии нейтрино с ядрами вольфрама рождаются вторичные частицы, оставляющие следы в эмульсии, которые затем анализируются.
Статистика, не оставляющая сомнений
Ключевым результатом третьего сеанса работы БАК стала статистическая значимость обнаружения, превышающая 16 сигма. Это на порядки превосходит порог в 5 сигма, который в физике элементарных частиц считается золотым стандартом для объявления открытия. Такая уверенность стала возможна благодаря рекордной светимости коллайдера, обеспечившей огромный объем данных о столкновениях.
Российский след в исследовании нейтрино
Значительный вклад в успех эксперимента внесли специалисты Объединенного института ядерных исследований. Российские физики отвечали за критически важные этапы работы: моделирование ожидаемых сигналов, реконструкцию сложных треков в фотоэмульсии и разработку прецизионной системы охлаждения, которая поддерживает стабильную температуру детектора для обеспечения точности измерений.
До этого момента физики регистрировали преимущественно нейтрино низких энергий, например, от Солнца или ядерных реакторов. Высокоэнергетические нейтрино, аналогичные тем, что рождаются в квазарах или при вспышках сверхновых, были практически недоступны для контролируемого изучения. БАК, генерируя пучки частиц с тераэлектронвольтными энергиями, впервые позволил получать такие нейтрино в лабораторных условиях, создав «тестовый полигон» для проверки астрофизических моделей.
Это достижение завершает важнейшую главу в истории коллайдера. Если обнаружение бозона Хиггса в 2012 году подтвердило Стандартную модель, то регистрация нейтрино сделала БАК универсальной фабрикой по производству всех известных науке элементарных частиц. Теперь у исследователей есть инструмент для прямого изучения свойств высокоэнергетических нейтрино, что может пролить свет на механизмы самых мощных процессов во Вселенной и, возможно, на природу темной материи, кандидатом на роль которой нейтрино когда-то рассматривались.
