برای اولین بار “ذرات شبح” در یک برخورددهنده هادرونی بزرگ مورد شناسایی قرار گرفت

فیزیکدانان برای اولین بار “ذرات شبح” (Ghost Particles) را در یک برخورددهنده هادرونی بزرگ شناسایی کرده‌اند. آزمایشی به‌ نام FASER، سیگنال‌های واضحی از نوترینو‌هایی که در برخورد ذرات تولید می‌شوند را دریافت کرده که می‌تواند به دانشمندان در درک بهتر مفاهیم کلیدی فیزیک کمک کند.

نوترینوها ذراتی بنیادی بوده که از نظر الکتریکی خنثی می‌باشند، آنها بسیار سبک‌اند و به‌ندرت با ذرات ماده تعامل دارند. این امر شناسایی آنها را با وجود آنکه که بسیار رایج هستند، دشوار کرده است. در واقع، در حال حاضر میلیاردها نوترینو در بدن شما جریان دارد. به همین علت، آنها اغلب به‌عنوان ذرات شبح توصیف می‌شوند.

نوترینوها در ستارگان، ابرنواخترها، اختروش‌ها تولید می‌شوند و از واپاشی رادیواکتیوی و برخوردهای پرتوهای کیهانی با اتم‌های زمین به‌ وجود آمده‌اند. برای مدت‌ها تصور می‌شد که شتاب‌دهنده‌های ذرات مانند LHC نیز از عوامل سازنده آنها هستند، اما بدون ابزار مناسب، نوترینوها به‌طور غیرقابل تشخیصی پراکنده هستند.

اما حالا ابزار مناسب برای شناسایی این ذرات، تولید و مورد آزمایش قرار گرفته است. در جریان راه‌اندازی پایلوت آزمایشی به‌ نام FASER که در سال 2018 نصب شد، دانشمندان موفق شدند شش برهم‌کنش نوترینویی را شناسایی کنند.

جاناتان فنگ، یکی از اعضای این گروه گفته است:

قبل از این پروژه، هیچ نشانه‌ای از نوترینوها در برخورددهنده ذرات دیده نشده است. این پیشرفت مهم، گامی اساسی در جهت توسعه درک عمیق‌تر از این ذرات گریزان و نقش آنها در جهان است.

به‌گفته این تیم، ابزار FASER در 480 متر پایین‌تر از جایی که برخورد ذرات اتفاق می‌افتد، با شباهتی حدودی مانند دوربین فیلم‌برداری عمل می‌کند. آشکارساز از صفحات سرب و تنگستن تشکیل شده است که توسط لایه‌هایی از امولسیون از هم تفکیک شده‌اند. برخی از نوترینوها به هسته اتم‌های فلزات متراکم برخورد می‌کنند، که باعث ایجاد ذرات دیگر می‌شود و از طریق امولسیون جریان می‌یابد. هنگامی‌که لایه‌های امولسیون مانند یک فیلم ساخته می‌شوند، ردهایی که آنها از خود به‌جای گذاشته‌اند، قابل رویت هستند و به‌ طور حتم، شش مورد از این علائم در داده‌ها مشاهده شده است.

پس از بررسی اثربخشی روش آشکارساز امولسیونی برای مشاهده برهم‌کنش‌های نوترینوهای تولیدشده در برخورد‌دهنده ذرات، تیم FASER حالا در حال آماده‌سازی یک سری آزمایشات جدید با استفاده از یک ابزار کامل‌تر است که ابعادی بسیار بزرگ‌تر و به‌طرز قابل توجهی حساس‌تر دارد.

این نسخه کامل که FASERnu نام دارد، در مقایسه با نمونه 29 کیلوگرمی اولیه، بیش از 1090 کیلوگرم وزن دارد. افزایش حساسیت آن این اجازه را می‌دهد که نه‌ تنها باعث تشخیص بیش‌تر نوترینوها شده، بلکه می‌تواند بین سه نوع مختلف آنها و همچنین پادنوترینوها تمایز قائل شود.

دیوید کسپر، یکی از نویسندگان این مطالعه می‌گوید:

با توجه به قدرت آشکارساز جدید ما و موقعیت اصلی آن در CERN، انتظار داریم که بتوانیم بیش از 10000 مورد از برخورد‌های نوترینو را در راه‌اندازی بعدی LHC که از سال 2022 آغاز می‌شود، به ثبت برسانیم. ما پرانرژی‌ترین نوترینوهایی را که تاکنون از یک منبع ساخت بشر تولید شده‌اند را شناسایی خواهیم کرد.

منبع: Newatlas