Nötrino etkileşim oranları benzeri görülmemiş enerjilerde ölçüldü

Bern Üniversitesi tarafından hazırlanmıştır.

Bern Üniversitesi Yüksek Enerji Fiziği Laboratuvarı'ndan araştırmacıların da yer aldığı bir ekip, CERN'deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nı (LHC) kullanarak benzeri görülmemiş enerjilerdeki nötrinoların etkileşim oranlarını başarıyla ölçtü. Çalışma Physical Review Letters dergisinde yayımlandı .

Bu anlaşılması zor temel parçacıkların daha iyi anlaşılması, evrende neden antimaddeden daha fazla madde olduğu sorusunun yanıtlanmasına yardımcı olabilir.

Evrenin erken evresinde önemli bir rol oynayan temel parçacıklardır. Parçacıkların kütleyi nasıl edindiği ve neden antimaddeden daha fazla madde olduğu gibi doğanın temel yasaları hakkında daha fazla şey öğrenmek için anahtardırlar.

Evrendeki en bol parçacıklar arasında olmalarına rağmen, maddeden neredeyse hiç etkileşime girmeden geçtikleri için tespit edilmeleri çok zordur. Bu nedenle sıklıkla "hayalet parçacıklar" olarak adlandırılırlar.

Nötrinolar onlarca yıldır biliniyordu ve parçacık fiziğinin standart modelini oluşturmak için çok önemliydi. Yine de, fizikçiler tarafından şimdiye kadar incelenen nötrinoların çoğu, özel olarak inşa edilmiş tesislerde üretilen düşük enerjili nötrinolardı.

Bern Üniversitesi Yüksek Enerji Fiziği Laboratuvarı'ndan (LHEP) araştırmacıların da yer aldığı FASER Uluslararası İşbirliği, elektron nötrinoları ve müon nötrinolarının (nötrinoların iki alt türü) bugüne kadarki en yüksek enerjideki (1 teraelektronvolt veya TeV) atom çekirdekleriyle etkileşim hızlarını başarıyla ölçtü.

Ölçüm, CERN'deki (Cenevre'deki Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü) Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndaki (LHC) parçacık çarpışmaları tarafından üretilen nötrinoları ölçen FASER deneyinin FASERν dedektörü kullanılarak yapıldı. Özellikle, bu, bir LHC deneyinde elektron nötrinolarının ilk gözlemlenmesidir.

Bern Üniversitesi Yüksek Enerji Fiziği Laboratuvarı'ndaki (LHEP) FASER grubunun başkanı ve parçacık fiziği uzmanı Akitaka Ariga, "Bu araştırma sonucu büyük önem taşıyor çünkü nötrinoların bu kadar yüksek enerjilerde incelenmesi, doğanın temel yasaları hakkında daha derin bilgiler edinme, nadir süreçleri inceleme ve muhtemelen yeni fiziksel fenomenler keşfetme olanağı sunuyor" diyor.

Son teknoloji ileri algılama teknolojisi FASERnu nötrino dedektörü, LHC'deki proton-proton çarpışmaları sonucu oluşan yüksek enerjili nötrinoları gözlemler . Çarpışma noktasından 480 metre uzaklıkta, yeraltına yerleştirilir ve nanometre hassasiyetinde parçacık izlerini tespit edebilen tungsten plakaların (yoğunluğu altına benzer) ve emülsiyon filmlerinin dönüşümlü katmanlarından oluşur.

Son teknolojiye sahip bu 1,1 metrik tonluk dedektör 2022'den beri faaliyette. FASERnu projesine liderlik eden Ariga, "Bu çalışmada, 2022'de FASERν dedektörü tarafından elde edilen verilerin bir kısmını analiz ettik, bu da şu ana kadar toplanan toplam verinin %2'sine denk geliyor, yani daha gidecek çok yolumuz var" diye açıklıyor.

Yüksek enerjili nötrinolar yeni fiziğin anahtarı mı?

FASER deneyinde, tespit edilen nötrino sayısı önümüzdeki birkaç yıl içinde yüz kat artırılacak ve bu da üç nötrino alt türü arasındaki farklar ve olası bilinmeyen kuvvetler hakkındaki soruları ele alacak. Üçüncü alt tür olan tau nötrinonun düşük enerjilerde üretilmesi ve tespit edilmesi zordur.

"FASER deneyinin yüksek enerjisi, tau nötrinolarını daha verimli bir şekilde üretmeyi ve incelemeyi mümkün kılıyor. Bu nötrinolar hakkında çok az şey biliniyor ve yeni fiziksel içgörüler sağlayabilirler," diyor Ariga. FASER deneyi 2025'in sonuna kadar veri toplamaya devam edecek.

FASERν2 takip deneyi gibi gelecekteki deneylerin, bu araştırmaları önemli ölçüde genişletmek için 10.000 kat daha büyük miktarda veri toplaması bekleniyor. "Evren neden çoğunlukla maddeden ve çok az anti maddeden oluşuyor?" veya "Karanlık madde nedir?" gibi soruları cevaplayabilmek için daha önce bilinmeyen kuvvetlerin veya yeni parçacıkların keşfi şarttır.

Ariga, "Belki de yüksek enerjili nötrinolarla 'keşfedilmemiş fizik' bulacağız" diyor.

Kaynakça:

^[1] University of Bern | Phys.org | Neutrino interaction rates measured at unprecedented energies