大型ハドロン衝突型加速器は、ニュートリノを除くすべての既知の粒子を検出するために使用されています。 今まで

ニュートリノは、物理学全体の中で最も謎に満ちた粒子の 1 つです。 中性の電荷とゼロに近い質量を持つニュートリノは、他の物質とほとんど相互作用しないため、観測が難しいことで知られています。 科学者たちは、3 種類のニュートリノ (電子、ミュー粒子、タウ粒子) の特定など、ニュートリノについてまだ多くのことを学んでいますが、それらを観察することはまったく別の問題です。 ニュートリノは高度な機器を使用して検出されていますが、物理学者は粒子衝突器内でニュートリノを観察することでニュートリノをより深く理解できることを望んでいます。

結果は大成功でした。これまでに行われた実験とは異なるニュートリノを検出する実験でした。

現在、2 つの別々の研究所の科学者のおかげで、ニュートリノが衝突型加速器で検出されました。そして物理学の世界は決して以前と同じになることはないかもしれません。

この目標を達成するために、FASER (前方探索実験) と SND (散乱ニュートリノ検出器)@LHC の研究者らは、世界最大かつ最高エネルギーの粒子衝突型加速器でもあるスイスの機械である大型ハドロン衝突型加速器 (LHC) を利用しました。 それは本質的に、周囲 27 キロメートル (17 マイル) のトンネル内に構築された巨大なループとして存在します。 衝突型加速器でニュートリノを検出するというと、学術的な話のように聞こえるかもしれないが、これを達成した科学者たちは、このプロセスを通じて宇宙の原子構造について多くのことを学べると信じている。

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「ニュートリノは、LHCなどの陽子衝突型加速器で非常に豊富に生成されます」とSND@LHCコラボレーションの一員であるCristovao Vilela氏はPhys.orgに語った。 「しかし、これまで、これらのニュートリノは直接観測されたことはありませんでした。ニュートリノと他の粒子との相互作用が非常に弱いため、その検出は非常に困難であり、そのため素粒子物理学の標準モデルでは最もよく研​​究されていない粒子です。」

FASER は、最高エネルギーのニュートリノが通過するように粒子ビームの線に沿って検出器を配置することでニュートリノを検出しました。 FASER チームは、厚さ 0.044 インチのタングステン シート 730 枚を使用して、衝突する粒子の軌道を追跡することに成功しました。 これにより、彼らは「非常に小型で安価な」検出器を使用して 153 個のニュートリノ イベントを見つけることができました。

同様に、SND@LHC は、検出器を脇に置いた後、追加の 8 つのニュートリノ イベントを示したと報告しました。 FASER チームと同様に、このチームも検出器を 100 メートルの岩とコンクリートで覆い、非ニュートリノ粒子のほとんどが通過できないようにしました。

結果は大成功でした。これまでに行われた実験とは異なるニュートリノを検出する実験でした。

「以前、素粒子物理学は 2 つの部分に分けられると考えられていました。トップ クォークやヒッグス粒子などの重粒子を研究するために必要な高エネルギー実験と、ニュートリノを研究するために必要な高強度実験です。」 FASERコラボレーションの共同スポークスマンはPhys.orgに語った。 「この研究は、高エネルギー実験でもニュートリノを研究できることを示し、高エネルギーと高強度のフロンティアを結集しました。」

「粒子衝突型加速器は50年以上前から存在しており、ニュートリノを除く既知のあらゆる粒子を検出してきた」と同氏は付け加えた。

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常に、およそ 100 兆個のニュートリノが人体を通過し、人体は無傷で去ります。

ニュートリノの存在は 1930 年代に初めて仮説が立てられました。それは、核兵器の開発に取り組んでいる科学者たちが、核反応によって運ばれるエネルギーが、その前の粒子よりも少ないことがよくあることに気づいた後です。 エネルギーは生成も破壊もできないと保存の法則が定めていることを考えると、失われたエネルギーの原因となる、人類がまだ知らない素粒子が存在することは当然のことです。

1956 年、物理学者のフレデリック レインズとクライド コーワンが研究者チームを率いて、ニュートリノの存在を確認しました。 それ以来、ニュートリノは太陽の中、超新星爆発の最中、さらには宇宙線と上層大気との相互作用の中でも検出されています。 しかし、科学者にとって、質量がほとんどなく、他の物質と相互作用しない粒子を使って実験を行うことは依然として難しいことで知られています。 これが、LHC 実験を非常に画期的なものにしているのです。