입자가속기에서 최초로 중성미자 검출

[아름이]

입자가속기에서 최초로 중성미자 검출
날짜:
2023년 3월 20일
원천:
베른 대학교
요약:
물리학자를 포함한 팀이 입자 충돌기, 즉 CERN의 LHC(Large Hadron Collider)에서 생성된 중성미자라고 하는 아원자 입자를 처음으로 감지했습니다. 이 발견은 우주에서 가장 풍부한 입자 중 하나인 중성미자의 성질에 대한 과학자들의 이해를 심화시키고 왜 반물질보다 물질이 더 많은지에 대한 질문의 해답을 제공할 것을 약속합니다.

전체 이야기
베른 대학의 물리학자들을 포함한 팀은 입자 충돌기, 즉 CERN의 LHC(Large Hadron Collider)에서 생성된 중성미자라고 하는 아원자 입자를 처음으로 감지했습니다. 이 발견은 우주에서 가장 풍부한 입자 중 하나인 중성미자의 성질에 대한 과학자들의 이해를 심화시키고 왜 반물질보다 물질이 더 많은지에 대한 질문의 해답을 제공할 것을 약속합니다.

뉴트리노는 우주의 초기 단계에서 중요한 역할을 한 기본 입자입니다. 입자가 질량을 얻는 방법과 반물질보다 물질이 더 많은 이유를 포함하여 자연의 기본 법칙에 대해 더 많이 배우는 데 중요합니다. 우주에서 가장 풍부한 입자임에도 불구하고 거의 상호 작용 없이 물질을 통과하기 때문에 감지하기가 매우 어렵습니다. 따라서 그들은 종종 "유령 입자"라고 불립니다.

중성미자는 수십 년 동안 알려져 왔으며 입자 물리학의 표준 모델을 확립하는 데 매우 중요했습니다. 그러나 지금까지 물리학자들이 연구한 대부분의 중성미자는 저에너지 중성미자였습니다. 이전에는 입자 가속기에서 생성된 중성미자가 실험으로 감지된 적이 없었습니다. 이제 베른 대학의 고에너지 물리학 연구소(LHEP) 연구원을 포함한 국제 팀이 바로 이 작업을 수행하는 데 성공했습니다. 팀은 제네바에 있는 CERN의 FASER 입자 탐지기를 사용하여 새로운 소스인 CERN의 LHC(Large Hadron Collider)에서 생성된 매우 높은 에너지 중성미자를 탐지할 수 있었습니다. 국제적인 FASER 협력은 3월 19일 이탈리아 La Thuile에서 열린 MORIOND EW 회의에서 이 결과를 발표했습니다.

FASER로 고에너지 중성미자 조사 가능

중성미자의 특성은 Clyde L. Cowan과 Frederick Reines가 1956년에 발견한 이후 수많은 실험을 통해 연구되었습니다. 중성미자를 연구하는 주요 실험 중 하나는 미국에서 구축 중인 Deep Underground Neutrino Experiment(DUNE)입니다. 베른 대학교가 핵심 기여자입니다. DUNE와 같은 실험은 범용이며 다양한 소스에서 중성미자의 많은 특성을 연구할 수 있습니다. 다루지 않은 한 가지 측면은 매우 높은 에너지 중성미자입니다.

사용 가능한 가장 높은 에너지 가속기는 CERN의 LHC로, 매우 높은 에너지에서 함께 충돌하는 두 개의 양성자 빔에 의해 새로운 입자가 생성됩니다. 그러나 중성미자는 LHC의 기존 감지기를 벗어나기 때문에 어떠한 가속기에서도 감지되지 않았습니다.

FASER 실험은 이 차이를 메우기 위해 제안되었습니다. "이 실험에서 우리는 CERN의 LHC 가속기에서 생성된 매우 높은 에너지 중성미자를 측정합니다. 목표는 이러한 중성미자가 생성되는 방법과 특성을 연구하고 새로운 입자의 신호를 찾는 것입니다."라고 Akitaka Ariga의 리더는 말합니다. 베른 대학교 고에너지 물리학 연구소(LHEP)의 FASER 그룹. LHEP는 Physics Institute와 Albert Einstein Center for Fundamental Physics(AEC)의 일부입니다. "FASER 실험은 최고 에너지 충돌기와 중성미자 물리학 사이의 인터페이스에서 독특한 아이디어입니다. 이러한 새로운 접근 방식을 취할 때 종종 새로운 발견이 이루어집니다."라고 베른 대학교 LHEP 책임자인 Michele Weber는 말합니다.

중성미자에 숨겨진 물리학?

현재 중성미자 관측을 위해 실험은 2022년 LHC에서 데이터를 취했다. 연구팀은 매우 높은 확실성으로 중성미자 상호작용인 153개의 이벤트를 감지했다. FASER가 감지한 중성미자는 실험실에서 생성된 것 중 가장 높은 에너지를 가지며 대기 또는 지구에서 극적인 입자 샤워를 유발하는 심우주에서 나오는 중성미자와 유사합니다. 따라서 그들은 또한 입자 천체물리학에서 관찰을 더 잘 이해하기 위한 연구자에게 중요한 도구입니다.

Akitaka Ariga는 "이 성과는 미개척 기능을 가진 새로운 중성미자 소스를 확보하기 위한 역사적 이정표"라고 말했습니다. 제시된 결과는 일련의 탐구의 시작에 불과합니다. 이 실험은 2025년 말까지 계속 데이터를 수집할 것입니다. "높은 에너지 규모의 중성미자에는 숨겨진 물리학이 있을 수 있습니다."

이 프로젝트는 유럽 연합의 Horizon 2020 연구 및 혁신 프로그램(보조금 계약 번호 101002690, FASERnu)에 따라 유럽 연구 위원회(ERC)로부터 자금을 지원 받았습니다.


출처 : https://www.sciencedaily.com/