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美媒:大型强子对撞机内惊现“幽灵粒子”

2021-12-09 15:54     来源:新华社     LHC中微子欧洲核子研究中心

参考消息网12月8日报道据美国趣味科学网站12月3日报道,物理学家首次在一台原子破碎装置内部探测到了被称为中微子的“幽灵粒子”。

这些微小的粒子是在对大型强子对撞机(LHC)的新探测器进行试运行时被发现的。相关项目位于瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心(CERN)。

报道称,这一标志性发现由欧洲核子研究中心“前向搜索实验”(FASER)协作项目实现,并在11月24日发表在美国《物理评论D》杂志。该发现不仅是中微子首次在大型强子对撞机内部被探测到,也是它们首次在任何粒子加速器内部被发现。这一突破将打开一个全新的窗口,科学家透过它可以对亚原子世界展开研究。

论文联合作者、加利福尼亚大学欧文分校物理学教授、FASER协作项目联合负责人冯孝仁在一份说明中称:“在本项目之前,人们从未在粒子对撞机上发现过中微子的任何迹象。这项重大突破是朝着更深入了解这些隐秘粒子以及它们在宇宙中所扮演的角色迈出的一步。”

报道指出,在每秒钟的时间里,我们身体表面的每平方厘米会有大约1000亿个中微子穿过。这些微小的粒子无处不在——它们是在恒星的核燃烧、规模巨大的超新星爆炸、宇宙射线和辐射衰变以及地球上的粒子加速器和核反应堆中产生的。

但是,尽管这些粒子无处不在,却一直难以被发现。由于中微子不带电荷,并且质量几乎为零,它们几乎不与其他类型的物质相互作用。正如它们鬼魅般的绰号所暗示的,中微子视宇宙中的常规物质为无物,它们能以接近光的速度穿透这些物质。

不过,仅仅因为中微子难以捕捉,并不意味着它们无法被抓住。一些最著名的中微子探测实验——如日本的超级神冈探测器、费米实验室的微型助推器中微子实验和南极“冰立方”探测器——都通过一种名为“切连科夫辐射”的效应,间接探测到了太阳产生的中微子。就像以超音速飞行的飞机会引起音爆一样,比光穿过某种阻光介质(例如水)速度更快的粒子会在其身后形成一种微弱的蓝色辉光。通过寻找这种辉光,科学家可以发现粒子在精准地轰击原子核后所产生的粒子副产品的踪迹。

报道还指出,尽管这样的实验对于探测从太阳流入地球中的中微子的特征十分有用,但它们仍然无法让科学家们获得有关粒子在加速器内部互相碰撞时所产生的高能中微子类型的深入了解。为了找到这些地球自产的中微子,FASER协作项目的科学家们制作了一台名为FASERnu的新探测器。

报道介绍,FASERnu就像是一种探测粒子的棉花糖夹心饼干,由致密的金属铅板和钨板组成,并把多层被称为乳胶的测光黏性物质夹在中间。首先,中微子撞入致密金属板中的原子核,产生它们的粒子副产品。据冯孝仁介绍,接下来,那些乳胶层以类似于老式照相胶片的方式工作,与中微子副产品产生化学反应,从而在这些粒子穿过自己的过程中记录下它们的轮廓。

通过对这些乳胶进行“显影”并分析粒子留下的踪迹,科学家们搞清了其中有些标记是由中微子产生的,他们甚至可以确定他们所探测到的是三种中微子里的哪一种。这证明他们不仅在这个长度为17英里(约合27公里)的巨型环形系统内选择了探测中微子的正确位置,而且他们的新探测器实际上能够观测到中微子。

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