Blog

Aug 01, 2023

La prima osservazione di neutrini al Large Hadron Collider del CERN

Articolo del 26 agosto 2023 Questo articolo è stato rivisto in base al processo editoriale e alle politiche di Science X. Gli editori hanno evidenziato i seguenti attributi garantendo al tempo stesso il contenuto

Funzionalità del 26 agosto 2023

Questo articolo è stato rivisto in base al processo editoriale e alle politiche di Science X. Gli editori hanno evidenziato i seguenti attributi garantendo al tempo stesso la credibilità del contenuto:

verificato

pubblicazione sottoposta a revisione paritaria

fonte attendibile

correggere le bozze

di Ingrid Fadelli, Phys.org

I neutrini sono particelle minuscole e con carica neutra rappresentate dal Modello Standard della fisica delle particelle. Sebbene si ritenga che siano alcune delle particelle più abbondanti nell’universo, osservarle finora si è rivelato molto impegnativo, poiché la probabilità che interagiscano con altra materia è bassa.

Per rilevare queste particelle, i fisici hanno utilizzato rilevatori e apparecchiature avanzate per esaminare le fonti conosciute di neutrini. I loro sforzi alla fine hanno portato all’osservazione dei neutrini provenienti dal Sole, dei raggi cosmici, delle supernove e di altri oggetti cosmici, nonché degli acceleratori di particelle e dei reattori nucleari.

Un obiettivo di lunga data in questo campo di studi era osservare i neutrini all'interno dei collisori, acceleratori di particelle in cui due fasci di particelle si scontrano tra loro. Due grandi collaborazioni di ricerca, vale a dire FASER (Forward Search Experiment) e SND (Scattering and Neutrino Detector)@LHC, hanno osservato questi neutrini del collisore per la prima volta, utilizzando rilevatori situati presso il Large Hadron Collider (LHC) del CERN in Svizzera. I risultati dei loro due studi sono stati recentemente pubblicati su Physical Review Letters.

"I neutrini sono prodotti in grande abbondanza nei collisori di protoni come l'LHC", ha detto a Phys.org Cristovao Vilela, parte della collaborazione SND@LHC. "Tuttavia, fino ad ora, questi neutrini non erano mai stati osservati direttamente. La debolissima interazione dei neutrini con altre particelle rende la loro rilevazione molto impegnativa e per questo motivo sono le particelle meno studiate nel Modello Standard della fisica delle particelle."

La collaborazione FASER e SND@LHC rappresentano due distinti sforzi di ricerca, entrambi che utilizzano l'LHC del CERN. Recentemente, questi due sforzi hanno osservato in modo indipendente i primi neutrini del collisore, che potrebbero aprire nuove importanti strade per la ricerca sperimentale sulla fisica delle particelle.

La collaborazione FASER è un grande sforzo di ricerca istituito con l'obiettivo di osservare le particelle leggere e che interagiscono debolmente. FASER è stato il primo gruppo di ricerca ad osservare i neutrini all'LHC, utilizzando il rivelatore FASER, posizionato a oltre 400 metri dal famoso esperimento ATLAS, in un tunnel separato. FASER (e SND@LHC) osservano i neutrini prodotti nella stessa "regione di interazione" all'interno di LHC di ATLAS.

"I collisori di particelle esistono da oltre 50 anni e hanno rilevato ogni particella conosciuta tranne i neutrini", ha detto a Phys.org Jonathan Lee Feng, co-portavoce della collaborazione FASER. "Allo stesso tempo, ogni volta che i neutrini sono stati scoperti da una nuova fonte, che si tratti di un reattore nucleare, del Sole, della Terra o di una supernova, abbiamo imparato qualcosa di estremamente importante sull'universo. Come parte del nostro recente lavoro, abbiamo deciso di rilevare per la prima volta i neutrini prodotti in un collisore di particelle."

La collaborazione FASER ha osservato i neutrini del collisore posizionando il loro rilevatore lungo la linea del fascio, seguendo le loro traiettorie. È noto che i neutrini ad alta energia vengono prodotti prevalentemente in questo sito, ma altri rilevatori dell'LHC hanno punti ciechi in questa direzione e quindi non sono stati in grado di osservarli in passato.

"Poiché questi neutrini hanno flussi elevati ed energie elevate, il che li rende molto più propensi a interagire, siamo stati in grado di rilevarne 153 con un rilevatore molto piccolo ed economico che è stato costruito in un tempo molto breve", ha spiegato Feng. "In precedenza, si pensava che la fisica delle particelle fosse divisa in due parti: esperimenti ad alta energia, necessari per studiare le particelle pesanti, come i quark top e i bosoni di Higgs, ed esperimenti ad alta intensità, necessari per studiare i neutrini. Questo lavoro ha dimostrato che gli esperimenti ad alta energia possono anche studiare i neutrini, e così hanno riunito le frontiere dell’alta energia e dell’alta intensità”.