Experimentul FASERn a observat pentru prima dată câțiva neutrini produși într-un collider de particule: este vorba despre LHC de la CERN. În viitor pot fi măsurați mii de neutrini – care fac parte din toate cele trei familii. Va fi primul experiment care va observa toate tipurile de neutrini și antineutrini.

Neutrinii

Neutrinii sunt particule elementare care fac parte din Modelul Standard al fizicii actuale. Sunt particule fără sarcină electrică și au o masă extrem de mică – care până la ora actuală nu a fost încă măsurată. Studiul neutrinilor este foarte dificil întrucât interacționează doar prin așa-numită interacțiune slabă cu restul materiei, ceea ce face ca majoritatea neutrinilor să străbată materia fără să lase urme, adică fără să interacționeze. De obicei experimentele pentru studiul neutrinilor sunt mari, cu volume extreme – astfel încât să se crească probabilitatea ca să fie măsurați câțiva neutrini de-a lungul anilor în care funcționează aceste experimente. Multe dintre aceste experimente sunt situate în laboratoare subterane, tocmai pentru a se evita radiația cosmică care poate produce semnale în detectoare care să semene cu cele ale neutrinilor – însă să nu aibă nimic de-a face cu aceștia.

De câte tipuri sunt neutrinii?

Neutrinii sunt de trei tipuri: cei electronici, cei muonici și cei tauonici. Aceștia însoțesc electronii, muoni și particulele tau în reacțiile în care aceste particule iau naștere în interacțiunile slabe. De-a lungul anilor au fost observați foarte puțini neutrini tau – cei mai greu de măsurat – doar circa 10 neutrini tau au fost observați în întreagă istorie a fizicii. Este foarte important să se reușească să se măsoare mai mulți neutrini, mai ales de tip tau, dar și măsurători ale celorlalți neutrini cu precizie din ce în ce mai mare sunt necesare.

FASERn la CERN

FASERn este un experiment instalat la marele accelerator de particule LHC de la CERN (Geneva). Este un experiment care „fotografiază” procesele generate de neutrini. Adică este construit pe baza unor plăci de plumb și tungsten, între care sunt situate emulsii fotografice; neutrinii interacționează în materialele grele – plumb și tungsten – dând naștere la particule care lasă urme în emulsiile nucleare. Se obțin în acest fel fotografii ale interacțiunilor neutrinilor. Experimentul a fost instalat la CERN în 2018.

Cei șase neutrini văzuți de experiment

Pentru prima dată într-un prim run de test experimentul FASERn a reușit să măsoare 6 neutrini generați la un collider de particule. Niciodată înainte de acest rezultat nu au fost măsurați neutrini care provin din coliziuni de particule la un accelerator. Rezultatele acestui studiu au fost recent publicate într-un articol în revista Physical Review D.

Planuri de viitor

În anii care urmează experimentul are obiectivul de a măsura mii de neutrini generați la LHC. Pentru aceasta mai întâi va fi instalat un aparat și mai performant, și mai mare decât cel care a efectuat primele măsurători de test.

Studiul acestor neutrini va fi extrem de important pentru a se înțelege mai bine aceste misterioase particule. FASER este primul experiment capabil să observe toate cele trei tipuri de neutrini; până în prezent experimentele măsurau doar unul sau cel mult două tipuri de neutrini. Se așteaptă să fie măsurați zeci de mii de neutrini – printre aceștia vor fi și cei mai energetici neutrini creați de om. Evident în Univers sunt generați neutrini cu energii mult mai mari, însă acesta va fi recordul neutrinilor produși de om. Printre neutrinii măsurați se așteaptă să fie și zeci de neutrini de tip tau – adică cei mai puțin studiați neutrini. Experimentul reușește să măsoare atât neutrini cât și antineutrini; se dezbate încă dacă neutrinii și antineutrinii sunt particule diferite sau una și aceeași particulă.

Credit imagine: FASER Collaboration

Rubrică realizată de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesoară de Fizică la Colegiul Naţional „Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe