Dodano: 20 grudzień 2019r.

Wielki Zderzacz Hadronów zbada własności neutrin. Współautorem eksperymentu Polak

Wraz z ponownym uruchomieniem Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC) w 2021 roku wystartuje zupełnie nowy eksperyment, który rozpocznie nową erę badań nad neutrinami. Zatwierdzony niedawno przez Europejską Organizację Badań Jądrowych CERN eksperyment będzie badał własności neutrin – najlżejszych cząstek materii. W pracach nad projektem istotną rolę odegrał dr Sebastian Trojanowski z Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ).

Projekt detektora FASER

 

CERN zatwierdziło kilka dni temu eksperyment FASERν (na końcu nazwy znajduje się grecka litera nu), dzięki któremu być może uda się poznać własności neutrin. To pierwszy tego typu eksperyment przy Wielkim Zderzaczu Hadronów. Detektor FASERν umożliwi laboratoryjne badanie tych cząstek przy energiach, dla których jak dotąd nie było to możliwe.

Nieuchwytne neutrina

Neutrina (obok fotonów) są najbardziej rozpowszechnionymi cząstkami we Wszechświecie. Ciągle nie wiadomo o nich jednak zbyt wiele, ponieważ bardzo słabo oddziałują z materią. Na tyle słabo, że często określa się je mianem "cząstek-duchów".Pierwsze spekulacje dotyczące istnienia neutrin pojawiły się jeszcze w latach 30. ubiegłego wieku, jednak ich pierwsza eksperymentalna obserwacja nastąpiła niemal ćwierć wieku później.

Teoretyczny, dość szczegółowy opis oddziaływań neutrin z innymi cząstkami materii nadal czeka na przetestowanie, szczególnie w obszarze wysokich energii charakterystycznych dla detektora FASERν. Jednym z głównych celów eksperymentu będzie sprawdzenie, czy dokładne pomiary własności neutrin w tym zakresie energii są zgodne z przewidywaniami teoretycznymi i naszym obecnym stanem wiedzy, czy też nadszedł czas na weryfikację tych poglądów.

Jednym z czterech pomysłodawców eksperymentu FASER, którego częścią jest FASERν, jest dr Sebastian Trojanowski związany z NCBJ oraz Uniwersytetem w Sheffield. Był on bezpośrednio zaangażowany w prace przygotowawcze prowadzące do zatwierdzenia nowego detektora. Badacz przyznał, że w porównaniu z typowymi eksperymentami neutrinowymi detektor FASERν jest wyjątkowo mały.

- Będzie to prostopadłościan o długości nieco ponad metra i szerokości jedynie 25 cm. Tak niewielki rozmiar można było uzyskać dzięki precyzyjnemu dobraniu lokalizacji detektora, w miejscu gdzie trafia przeważająca część bardzo silnej wiązki neutrin produkowanych w LHC w punkcie kolizji protonów w detektorze ATLAS – powiedział Trojanowski cytowany na stronach internetowych NCBJ.

Nowa era badań nad neutrinami

Naukowcy z CERN mają nadzieję, że eksperyment FASERν otworzy nową erę badań nad neutrinami, które są najbardziej nieuchwytnymi spośród znanych nam obecnie cząstek elementarnych. Badania wysoko energetycznych neutrin nie tylko pomogą nam lepiej zrozumieć przebieg burzliwych zdarzeń nieustannie zachodzących na styku atmosfery ziemskiej z przestrzenią kosmiczną, lecz również rzucą więcej światła na naturę oddziaływań tych trudnych do detekcji cząstek.

Choć detektor FASERν jest osobnym instrumentem badawczym w stosunku do głównego detektora FASER zatwierdzonego wcześniej w tym roku, współgranie obydwu części eksperymentu może odegrać kluczową rolę w prowadzonych badaniach nad fizyką neutrin. - Dodatkowo, w gronie kilku fizyków teoretyków z NCBJ oraz laboratorium SLAC w Stanach Zjednoczonych przeprowadziliśmy już pierwsze analizy ekscytujących perspektyw na odkrycie całkiem nowych cząstek elementarnych przy współudziale obu części eksperymentu FASER. Planujemy dalsze takie badania w przyszłości - wyjaśnił dr Trojanowski.

Badanie neutrin jest jedną ze specjalności polskich fizyków i współpracujących kilku polskich ośrodków. Między innymi Warszawska Grupa Neutrinowa, której istotną część stanowią naukowcy z NCBJ, bierze udział w wielkim eksperymencie neutrinowym T2K w Japonii i przygotowuje kolejny eksperyment z planowanym jeszcze potężniejszym detektorem HyperKamiokande. W porównaniu z wielkimi eksperymentami neutrinowymi ulokowanymi w kopalniach jak T2K czy oceanach lub lodach Antarktydy, FASERν jest nową jakością i powinien dać naukowcom cenne oraz stosunkowo tanie narzędzie badania otaczającego nas świata - czytamy w komunikacie NCBJ.

 

Źródło: NCBJ, fot. Raport techniczny projektu eksperymentu FASERν. Zdjęcie przedstawia rysunek projektu detektora FASER. Część neutrinowa po prawej stronie zaznaczona na zielono.