有史以来第一次，研究人员在位于瑞士日内瓦附近欧洲核子研究中心 (CERN) 的大型强子对撞机 (LHC) 设施中探测到了中微子候选者。
在一项粒子物理学的重大里程碑中，一项新研究中的研究人员报告称，在大型强子对撞机 (LHC) 的一项实验中观察到六次中微子相互作用。中微子是亚原子粒子，其质量非常小，类似于电子，但不带电荷——这一特性使得它们极难被探测到。
据说这些中微子是在乳胶探测器的首次运行期间产生的，该探测器于 2018 年与欧洲核子研究中心的 FASER（前向搜索实验）合作相结合。
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“在这个项目之前，从未在粒子对撞机上看到过中微子的迹象，”合著者乔纳森·冯说，他是加州大学欧文分校的物理学和天文学教授，也是 FASER 合作的共同负责人，在一份声明中说。“这项重大突破是朝着更深入地理解这些难以捉摸的粒子及其在宇宙中发挥的作用迈出的一步。”
大型强子对撞机 (LHC)——包括四个主要探测器：ALICE、ATLAS、CMS 和 LHCb——通常通过将两个高能粒子束以接近光速的速度相互碰撞来工作。当带电粒子（如质子）以如此高的速度相互碰撞时，撞击的能量会转化为物质，形成新的粒子或亚原子粒子。因此，大型强子对撞机 (LHC) 本质上可以“产生”亚原子粒子。
在大型强子对撞机 (LHC) 的这次运行中，该团队正在使用一种新型乳胶探测器仪器进行试验性测试，该仪器由铅和钨的致密金属板组成，其中散布着乳胶层。冯在声明中解释说，在物理学中，乳胶板或乳胶层的工作原理很像老式照相胶片。当胶片条暴露在光线下时，光子会在胶片显影时以图像的形式显示出来。同样，使用该仪器，当暴露于粒子碰撞时，乳胶层在处理后显示出中微子相互作用。
声明称，在此次测试中碰撞的粒子产生了中微子，然后中微子撞击了金属板致密金属中的原子核。由此产生的粒子穿过乳胶层，并留下了可观察到的“印记”。
冯分享说，据报道的这次中微子相互作用的探测揭示了两件重要的事情。
“首先，它验证了大型强子对撞机 (LHC) 中 ATLAS 相互作用点前方的位置是探测对撞机中微子的正确位置，”冯说。“其次，我们的努力证明了使用乳胶探测器观察这类中微子相互作用的有效性。”
FASER 项目共同负责人、加州大学欧文分校 (UCI) 副教授戴维·卡斯珀在同一份声明中说，这仅仅是探测中微子相互作用并继续探索亚原子粒子奇异世界的雄心勃勃的探索的开始。
卡斯珀说：“鉴于我们新型探测器的强大功能及其在欧洲核子研究中心的黄金位置，我们预计能够在 2022 年开始的下一次大型强子对撞机 (LHC) 运行中记录超过 10,000 次中微子相互作用。”“我们将探测到有史以来人造源产生的能量最高的中微子。”
声明称，FASER 团队还制定了在大型强子对撞机 (LHC) 上探索暗物质的宏伟计划。该团队正在努力使用 FASER 仪器进行实验，以尝试探测所谓的“暗光子”，科学家们希望这将揭示 暗物质的行为和性质。
这项工作在一篇今天发表（11 月 26 日）在《物理评论 D》杂志上的论文中进行了描述。
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