La primera observación de neutrinos producidos en colisionadores, realizada por los experimentos FASER y SND en el LHC, abre el camino a la exploración de nuevos escenarios físicos.
Los detectores FASER (arriba) y SND@LHC (abajo)
Los neutrinos se producen en abundancia durante las colisiones en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Sin embargo, hasta ahora no se había detectado ningún neutrino (El neutrino es una partícula elemental del modelo estándar de la física de…) producido de esta forma. Apenas nueve meses después del inicio de la tercera corrida del LHC y del inicio de su campaña de medidas, la colaboración FASER ha cambiado de rumbo al anunciar, durante la sesión de los Rencontres de Moriond dedicada a las interacciones electrodébiles, haber observado por primera vez neutrinos producidos en colisionadores. FASER ha observado en particular neutrinos muón y eventos candidatos para el neutrino electrónico. «Nuestra significación estadística (una estadística es, a primera vista, un número calculado sobre una muestra…) es de alrededor de 16 sigma, mucho más allá de 5 sigma, el umbral a partir del cual hablamos de descubrimiento en física de partículas (la física de partículas es el rama de la física que estudia los constituyentes…)», explica Jamie Boyd, uno de los portavoces del experimento FASER.
Además de su observación de neutrinos en un colisionador de partículas, el experimento FASER presentó nuevos resultados sobre la búsqueda (La investigación científica designa en primer lugar todas las acciones emprendidas con miras a…) de fotones oscuros, poniendo límites a un hasta ahora espacio de parámetros inexplorado, y puede haber comenzado a excluir ciertas regiones. El experimento FASER tiene como objetivo recopilar hasta diez veces más datos en los próximos años, lo que le permitirá intensificar su investigación, así como sus mediciones de neutrinos.
FASER es uno de los dos nuevos experimentos instalados a ambos lados de la caverna ATLAS para detectar neutrinos producidos durante las colisiones de protones en ATLAS. El experimento complementario, SND@LHC, también informó sus primeros resultados durante las Reuniones de Moriond, a saber, la observación de ocho eventos candidatos para el neutrino muón. «Seguimos evaluando las incertidumbres sistemáticas sobre el ruido de fondo (en su sentido común, la palabra ruido se aproxima al significado principal de la palabra sonido…). Como resultado muy preliminar, nuestra observación puede reclamar una significancia estadística de 5 sigma», añade Giovanni De Lellis, portavoz de SND@LHC. El detector SND@LHC (Un detector es un dispositivo técnico (instrumento, sustancia, materia) que cambia…) SND@LHC se instaló en el túnel del LHC justo a tiempo (Just-in-time (JIT), del inglés justo a tiempo (JIT), puede designar 🙂 para el inicio de la tercera carrera del LHC.
Hasta ahora, los experimentos con neutrinos solo han estudiado neutrinos del espacio, la Tierra, reactores nucleares o experimentos con objetivos fijos. Mientras que los neutrinos astrofísicos, como los que puede detectar el experimento IceCube en el Polo Sur, son muy energéticos, los neutrinos solares y los neutrinos de los reactores generalmente tienen energía (para realizar trabajo, fabricar…) más débil. Los neutrinos producidos por experimentos de objetivo fijo, como los del área Norte y la antigua área Oeste (El área Oeste es un área de la red ASF (Autoroutes du Sud de la France).) del CERN, tienen una energía hasta unos cientos de gigaelectronvoltios (GeV). Al cubrir un rango de energías desde unos pocos cientos de GeV hasta varios TeV, los experimentos FASER y SND@LHC cerrarán la brecha inexplorada entre los neutrinos producidos en colisiones en objetivos fijos y los neutrinos astrofísicos.
Una de las áreas poco conocidas que abordarán estos experimentos es el estudio de neutrinos de alta energía de fuentes astrofísicas. De hecho, el mecanismo de producción de neutrinos en el LHC y su energía en el centro de masa es el mismo que el de los neutrinos de muy alta energía producidos durante las colisiones de los rayos cósmicos con la atmósfera. Estos neutrinos «atmosféricos» constituyen un ruido de fondo para la observación de neutrinos astrofísicos: las mediciones realizadas por FASER y SND@LHC pueden utilizarse para estimar con precisión este ruido de fondo, abriendo así el camino a la observación de neutrinos astrofísicos.
Otra aplicación de esta investigación es medir la tasa de producción de los tres tipos de neutrinos. Los experimentos probarán la universalidad de su mecanismo de interacción midiendo la tasa de diferentes tipos de neutrinos producidos por el mismo tipo de partícula madre. Esta será una prueba importante del Modelo Estándar en el sector de neutrinos.
Mire un video animado sobre cómo funciona el detector FASER y su reciente observación de los primeros neutrinos en un colisionador de partículas a continuación.
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