粒子对撞机首次检测到中微子

包括伯尔尼大学物理学家在内的一个团队首次检测到由粒子对撞机(即 CERN 的大型强子对撞机 (LHC))产生的称为中微子的亚原子粒子。这一发现有望加深科学家对中微子性质的理解，中微子是宇宙中最丰富的粒子之一，也是解决为什么物质比反物质多的问题的关键。

中微子是在宇宙早期阶段发挥重要作用的基本粒子。它们是了解更多关于自然基本定律的关键，包括粒子如何获得质量以及为什么物质多于反物质。尽管它们是宇宙中最丰富的粒子之一，但它们很难被探测到，因为它们几乎没有相互作用地穿过物质。因此，它们通常被称为“幽灵粒子”。

中微子为人所知已有数十年，对于建立粒子物理学的标准模型非常重要。但迄今为止，物理学家研究的大多数中微子都是低能中微子。以前，实验从未检测到粒子对撞机产生的中微子。现在，包括伯尔尼大学高能物理实验室 (LHEP) 研究人员在内的国际团队已经成功地做到了这一点。使用日内瓦 CERN 的 FASER 粒子探测器，该团队能够探测到由全新来源产生的极高能量中微子：CERN 的大型强子对撞机 (LHC)。国际 FASER 合作于 3 月 19 日在意大利 La Thuile 举行的MORIOND EW会议上宣布了这一结果。

FASER 使研究高能中微子成为可能

自从 Clyde L. Cowan 和 Frederick Reines 于 1956 年发现中微子以来，中微子的特性已通过大量实验进行了研究。研究中微子的主要实验之一是在美国建造的深地下中微子实验 (DUNE)。伯尔尼大学是主要贡献者。像 DUNE 这样的实验是通用的，可以研究来自各种来源的中微子的许多特性。未涵盖的一方面是能量非常高的中微子。

可用的最高能量加速器是欧洲核子研究中心的大型强子对撞机，其中两束质子以极高的能量碰撞在一起产生新粒子。然而，中微子从未在任何对撞机上被探测到，因为它们逃脱了大型强子对撞机现有的探测器。

FASER 实验被提出来填补这一空白。“在这个实验中，我们测量了欧洲核子研究中心 LHC 对撞机产生的能量非常高的中微子。目标是研究这些中微子是如何产生的，它们的特性是什么，并寻找新粒子的信号，”伯尔尼大学高能物理实验室 (LHEP) FASER 小组组长 Akitaka Ariga 说。LHEP 是物理研究所和爱因斯坦基础物理中心 (AEC) 的一部分。“FASER 实验是最高能量对撞机和中微子物理学之间的一个独特想法。采用这种新方法通常会产生新发现，”伯尔尼大学 LHEP 主任 Michele Weber 说。

中微子中隐藏的物理学?

目前对中微子的观测，实验取自2022年大型强子对撞机的数据。该团队检测到153个具有极高确定性的中微子相互作用事件。FASER 探测到的中微子是实验室有史以来产生的最高能量，类似于来自深空的中微子，它们会在我们的大气层或地球上引发剧烈的粒子雨。因此，它们也是研究人员更好地理解粒子天体物理学观测的重要工具。

“这一成就是获得具有未探索特征的新中微子源的历史里程碑，”Akitaka Ariga 说。目前的结果只是一系列探索的开始。该实验将继续收集数据，直到 2025 年底。“在高能尺度的中微子中可能存在隐藏的物理现象，”Akitaka Ariga 说。

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