نوترینوهای الکترون تولید شده از برخوردهای پروتون-پروتون به صورت تجربی در LHC مشاهده شده اند.

معروف است که سه نوع نوترینو- الکترون، میون و تاو- وقتی با ماده معمولی فقط از طریق نیروی هسته ای ضعیف برهمکنش کنند، از آشکارسازی بسیار گریزان هستند. با وجود این دشواری، نوترینوهایی که از چشمه های اخترفیزیکی نظیر خورشید و ابرنواخترها و از رآکتورهای هسته ای و آزمایش های هدف-ثابت ناشی میشوند، قبلا آشکارسازی شده اند. در سال 2023، نوترینوهای میون تولید شده از برخوردهای پروتون-پروتون در یک برخورد دهنده ذرات، مستقیما توسط آزمایش جستجوی رو به جلو (Forward Search Experiment-FASER) در برخورد دهنده هادرونی بزرگ (LHC) در سرن سوئیس آشکار سازی شدند (مقاله Viewpoint: The Dawn of Collider Neutrino Physics را ببینید). اکنون مجموعه FASER، اولین آشکارسازی مستقیم نوع دیگر یعنی نوترینوی الکترون را گزارش کرده است [1].

گروه از یک آشکارساز ساخته شده از تنگستن، واقع در 500 متری نقطه ای که پروتون ها حول برخورد دهنده LHC در حال چرخش هستند، استفاده کرد. وقتی یک نوترینوی الکترون از برخورد پروتون، به سمت آشکارساز می رود و با یک اتم تنگستن بر همکنش می کند، الکترونی بسیار پرانرژی به همراه بسیاری از ذرات دیگر تولید می کند. دانشمندان گروه FASER از روی آبشار مشخصه ی جفت های الکترون-پوزیترون ثانویه و فوتون هایی که مسیر حرکت الکترون دختر را احاطه می کنند، ورود یک نوترینوی الکترون والد به آشکارساز را استنباط کردند. به این روش، آنها چهار نوترینوی الکترون پیدا کردند. دانشمندان در سطح معنی دار آماری 5-سیگما (یک سطح معنی دار 5 سیگما به این معنی است که احتمال تصادفی بودن سیگنال فقط 0.00003% است.) اطمینان دارند که باریکه های ذرات مشاهده شده در آشکارساز آنها برای این چهار حالت، به طور تصادفی توسط سایر ذرات خنثی الکتریکی که شبیه به نوترینو رفتار می کنند، تولید نشده اند.

پژوهشگران انتظار دارند که توانایی آشکار سازی و تمایز نوترینوهای برخورد دهنده از طعم های مختلف به آنها اجازه کاوش در برهمکنش های ضعیف الکترومغناطیسی را بدهد. این امر همچنین ممکن است منجر به مطالعات مبتنی بر نوترینو درباره ساختار داخلی کوارک-گلوئن در پروتون شود.

1. R. M. Abraham et al. (FASER Collaboration), “First measurement of νe𝜈𝑒 and νμ𝜈𝜇 interaction cross sections at the LHC with FASER’s emulsion detector,” Phys. Rev. Lett. 133, 021802 (2024).

منبع:

First Direct Detection of Electron Neutrinos at a Particle Collider