由加州大学欧文分校物理学家领导的国际团队首次探测到由位于瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心大型强子对撞机产生的中微子候选体。
在 2021 年 11 月 24 日发表在《D》杂志上的一篇论文中，研究人员描述了他们如何在 2018 年安装在大型强子对撞机上的紧凑型乳化探测器试运行期间观察六个中微子的相互作用。
“在此项目之前，粒子对撞机上从未发现过中微子的迹象，”论文合著者、加州大学欧文分校物理学和天文学杰出教授、FASER 合作项目联合主任冯说。“这一重大突破是更深入地了解这些难以捉摸的粒子及其在宇宙中的作用的一步。”
冯先生表示，庭审中的调查结果为他的团队提供了两条关键信息。
FASER 粒子探测器
“首先，它证实了 LHC 的 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此类中微子相互作用的有效性。”
实验装置由交替排列的铅板和钨板以及乳剂层组成。在大型强子对撞机的粒子碰撞过程中，产生的部分中微子会撞击致密金属中的原子核，产生的粒子会穿过乳剂层，并在处理后产生可见的标记。这些标记提供了有关粒子能量、种类（τ子、μ子或电子）以及它们是中微子还是反中微子的线索。
冯教授表示，乳剂的工作方式类似于数码相机时代之前的摄影。当 35 毫米胶片暴露在光线下时，光子会留下痕迹，这些痕迹在胶片显影时会以图案的形式显示出来。FASER 研究人员在移除并显影探测器的乳剂层后，同样可以看到中微子的相互作用。
冯说：“在证明了乳胶探测器方法对于观察粒子对撞机产生的中微子相互作用的有效性之后，FASER 团队现在正准备使用更大、更灵敏的完整仪器开展一系列新实验。”
自 2019 年以来，冯和他的同事一直在准备使用 FASER 仪器在 LHC 上进行暗物质研究实验。他们希望探测到暗光子，这将使研究人员首次看到暗物质如何通过非引力与宇宙中的正常原子和其他物质相互作用。
FASER 团队由来自 9 个国家 21 所机构的 76 名物理学家组成，他们在过去几年中取得了中微子研究方面的成功物理学家探测，现在他们正在将一种新型乳胶探测器与 FASER 仪器整合在一起。实验探测器重约 64 磅，而仪器重量将超过 2,400 磅，而且反应性更强，能够区分不同类型的中微子。
“考虑到我们新探测器的强大功能及其在欧洲核子研究中心的优越位置网校头条，我们预计在 2022 年开始的 LHC 下一次运行中将记录超过 10,000 次中微子相互作用，”加州大学欧文分校物理学和天文学副教授、FASER 项目联合负责人 David 表示。“我们将探测到人类有史以来产生的能量最高的中微子。”
他指出，道氏中微子实验的独特之处在于，其他实验只能区分一两种中微子，而道氏中微子实验将能够观测所有三种中微子，以及它们的反中微子对应物。他说，在人类历史上，道氏中微子实验只被观测过大约 10 次，但他预计他的团队将能够在未来三年内将这一数字翻一番或三倍。
冯教授说：“这非常符合加州大学物理系的传统，因为它继承了加州大学创始教员的遗产物理学家探测，这位教员因率先发现中微子而获得了诺贝尔物理学奖。”
“我们在世界顶级粒子物理实验室中，以创纪录的速度，利用非常规的光源，进行了一项世界级的实验。我们非常感谢基金会、日本学术振兴会和欧洲核子研究中心的慷慨支持。”