CERNの研究者らは、テラ電子ボルト（TeV）エネルギー範囲における電子とミュー粒子の高エネルギーニュートリノ相互作用を初めて直接観察した。チームの研究の詳細は、2024 年 7 月 11 日に Physical Review Letters に掲載されました。
このマイルストーンは、前方探索実験 (FASER) を使用した CERN の大型ハドロン衝突型加速器 (LHC) で達成されました。
ニュートリノは、質量が極めて小さく、物質との相互作用が弱い基本粒子です。これらの「ゴースト粒子」は長い間物理学者を魅了してきました。ニュートリノはその豊富さにもかかわらず、無数のニュートリノが毎秒地球と私たちの体を通過しますが、その検出は困難であることが判明しています。
「これは、粒子衝突器による初のニュートリノ物理学の成果です」と、研究リーダーの一人である千葉大学准教授の有賀章隆氏は述べ、チームの取り組みを「粒子物理学の画期的な進歩であり、粒子衝突器の戦略に革命をもたらす可能性がある」と述べた。現場での大規模な実験研究。」
LHC の FASERν 検出器によって検出された電子ニュートリノ。これは人類がこれまでに観測した中で最もエネルギーの高いものです。 (出典: FASER コラボレーション)
目に見えないものに対する新しい目
ニュートリノには、電子ニュートリノ (ve)、ミューニュートリノ (νμ)、タウ ニュートリノ (ντ) の 3 つの「フレーバー」があります。これまでのところ、電子ニュートリノの場合は 300 ギガ電子ボルト (GeV) を超えるエネルギー、およびミューニュートリノの場合は 400 GeV から 6 テラ電子ボルト (6000 GeV) の間のエネルギーでのニュートリノ相互作用断面積は測定されていません。
新しい発見の中心となるのは、 CERNのFASER実験の特殊なコンポーネントである FASERν 検出器です。この検出器は 730 層のタングステン板と乳剤フィルムで構成されており、総質量は 1.1 トンです。さらに、FASERν は、ニュートリノとの相互作用から生じる荷電粒子の軌跡をサブミクロンの精度で再構築できるように設計されています。
研究チームは、LHCの陽子と陽子の衝突によって生成される高エネルギーニュートリノに焦点を当て、128.6kgに相当する検出器の暴露量のサブセットを分析した。
厳密な選択により、電子ニュートリノとの相互作用の候補が 4 つ、ミューニュートリノとの相互作用の候補が 8 つ特定され、いずれも 200 GeV 以上のエネルギーを持っていました。
研究チームは声明の中で、これらの観測結果の統計的有意性が高いことを強調した：電子ニュートリノでは5.2σ、ミューニュートリノでは5.7σ。これは、これらがバックグラウンド変動である可能性は非常に低く、したがって本物のニュートリノを表すことを示しています。
「これらの結果は、TeVエネルギーにおけるフレーバータグ付きニュートリノとLHCのエマルジョンベースのFASERν検出器との相互作用を研究できることを実証しています」と有賀博士は強調した。
あなたをより高いエネルギーレベルに押し上げます
検出されたニュートリノは、人工発生源からこれまでに観測された中で最も高いエネルギーのニュートリノであり、そのエネルギーはテラ電子ボルトのオーダーである。
特に、この研究は、電子ニュートリノについては560～1740 GeV、ミューニュートリノについては520～1760 GeVのエネルギー範囲におけるニュートリノ断面積（ニュートリノが標的粒子と相互作用する確率）の最初の測定を提供する。
これまでの研究では電子ニュートリノについては 300 GeV を超え、ミューニュートリノについては 400 GeV から 6 TeV までの範囲を超えていなかったため、これらの測定は決定的なギャップを埋めます。さらに、これらの測定値は標準モデルの予測と一致しています。
このような極限のエネルギーでニュートリノを研究できれば、なぜ粒子に質量があるのか、なぜ宇宙には反物質よりも物質が多いのかなど、物理学の基本的な疑問が解明される可能性がある。
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初めて検出された高エネルギーニュートリノの記事は、Economic Scenariosからのものです。
これは、Mon, 12 Aug 2024 06:00:12 +0000 の https://scenarieconomici.it/rilevati-per-la-prima-volta-dei-neutrini-ad-alta-energia/ で Scenari Economici に公開された記事の自動翻訳です。