Prelomový detektor CERN-u po prvý raz zachytil záhadnú vysokoenergetickú časticu. Môže ísť o kľúč k pochopeniu vesmíru
Výskumníci po prvýkrát zaznamenali v urýchľovači častíc mimoriadne dôležitú interakciu neutrín, ktorá nám môže objasniť fungovanie vesmíru.
Výskumníci z inštitútu KEK vysvetľujú, že pochopením interakcií záhadných častíc, ktoré nazývame neutrína, dokážeme získať kompletnú predstavu o časticovej fyzike a tým dokážeme pochopiť to, ako vesmír funguje.
Až donedávna výskumníci počas experimentov vo Veľkom hadrónovom urýchľovači nepozorovali interakcie neutrín, ktoré by prebiehali pri energiách vyšších ako niekoľko stoviek gigaelektrónvoltov. Počas najnovších experimentov sa ale vedcom podarilo získať prvý priamy dôkaz o elektróno, muóno neutrínových interakciách v rozsahu teraelektrónvoltov. Tento objav predstavuje významný krok vpred v oblasti časticovej fyziky.
Neutrína patria k fundamentálnym časticiam podľa štandardného modelu časticovej fyziky. Charakterizujú sa extrémne malou hmotnosťou a slabými interakciami s hmotou. Pomocou týchto záhadných častíc by však mohli výskumníci prísť na to, prečo majú objekty hmotnosť a prečo sa vo vesmíre nachádza viac hmoty ako antihmoty.
Výskumníci objavili dôležité interakcie
Podľa teórie je neutrín vo vesmíre veľa, no keďže s hmotou interagujú slabo, výskumníci majú problém neutrína zachytiť. Aj preto si vyslúžili prezývku “duchovia”.
“V akomkoľvek momente množstvo neutrín prechádza Zemou a našimi telami. Tieto častice vznikajú zo Slnka alebo kozmických lúčov. Pochopením ich vzácnych interakcií s hmotou je dôležité k získaniu kompletnejšej predstavy o tom, ako funguje časticová fyzika a vesmír,” píšu vedci.
Existuje niekoľko typov neutrín. Sú nimi elektrónové neutrína, muónové neutrána a tau neutrína. Až donedávna boli všetky skúmané neutrína nízkoenergetické. Doteraz výskumníci nepozorovali interakciu neutrín v energiách nad 300 gigaelektrónvoltov pre elektrónové neutrína a medzi 400 GeV a 6000 GeV pre muónové neutrína.
Neprehliadnite
V rámci prelomovej štúdie však výskumníci zaznamenali prvú vysokoenergetickú interakciu elektrónového a muónového neutrína v urýchľovači častíc. Interakcie zachytili vo Veľkom hadrónovom urýchľovači, prostredníctvom detektora FASERv. Tento detektor sa skladá zo 730 vrstiev prepletených tungstenových plátov a emulzných filmov. Dokopy váži detektor niečo cez tonu.
Počas experimentu zachytili niekoľko interakcií neutrín, ktoré prebehli pri energiách v teraelektrónvoltovom rozsahu, čo je doteraz najväčšia energia, akú zachytili pri interakcií častíc z umelého zdroja. Pozorované energie prebehli v rozsahu od 560 do 1740 GeV pre elektrónové neutrína a od 520 do 1760 GeV pre muónové neutrína. V oboch prípadoch ide o energetický rozsah, ktorý doteraz nebol preskúmaný. Interakcie boli pritom v súlade so štandardným modelom časticovej fyziky.
“Tieto výsledky demonštrujú, že rôzne typy neutrín dokážu interagovať v energetickom rozsahu teraelektrónvoltov. Toto odhalenie predstavuje prvý fyzikálny výsledok ohľadom neutrín, ktorý sme získali z urýchľovača častíc. Zároveň môže predstavovať prelom v časticovej fyzike, ktorý by mohol priniesť nové spôsoby vykonávania experimentov vo veľkej škále,” vyjadril sa vedúci FASER skupiny, Akitaka Ariga.
Veľký hadrónový urýchľovač nám pomáha pochopiť ako vesmír funguje
Ešte v roku 2022 výskumníci pomocou Veľkého hadrónového urýchľovača našli časticu, ktorá vznikla v prvých momentoch po Veľkom tresku. Ide o záhadnú časticu X, ktorá vznikla tak, že sa zrazilo malé percento gluónov a kvarkov. X častice sú dnes extrémnou vzácnosťou, pretože už nikde nenájdeme rovnaké podmienky, aké boli krátko po Veľkom tresku. Pomocou strojového učenia dokázali analyzovať viac ako 13-miliárd kolízií ťažkých iónov. Tieto kolízie viedli k vytvoreniu niekoľkých desiatok tisíc nabitých častíc. Počas experimentu vzniklo v urýchľovači častíc husté prostredie, v ktorom vedci dokázali nájsť stopu približne 100 X častíc.
Výskum vedci považovali za úspech, no ich práca bola len začiatok. Hoci máme už pomerne veľa poznatkov o tom, ako mohla evolúcia vesmíru prebiehať, stále existuje obrovské množstvo vecí, ktoré nám unikajú. Neutrína sú jednou z ciest, prostredníctvom ktorej by sme sa mohli dopracovať k tomu, ako vesmír naozaj funguje. Pochopenie vesmíru nám môže otvoriť dvere k obrovskému množstvu nových informácií, napríklad ako sme vznikli alebo či je život vo vesmíre bežný alebo nie.
Komentáre