Forschende haben durch den FASERnu-Detektor am Large Hadron Collider (LHC) zum ersten Mal Neutrinos, oder „Geisterpartikel“, in einem Teilchenbeschleuniger entdeckt. Diese schwer fassbaren subatomaren Partikel zeichnen sich durch ihre vernachlässigbare Masse und das Fehlen von elektrischer Ladung aus. Sie durchdringen fast unbemerkt die Materie. Diese bahnbrechende Entdeckung wurde im März 2023 auf einer Konferenz in Italien präsentiert und ist nun durch zwei begutachtete Fachartikel bestätigt worden, was einen bedeutenden Meilenstein im Bereich der Teilchenphysik markiert.
Neutrinos im Teilchenbeschleuniger
Neutrinos sind allgegenwärtig und stehen, was ihre Häufigkeit im Universum betrifft, nur den Photonen nach. Ihre geringe Wechselwirkung mit Materie hat ihre Erforschung jedoch extrem herausfordernd gemacht. Sie entstehen unter extrem energiereichen Bedingungen, wie der Kernfusion in Sternen oder Supernovae. Ihre Erforschung ist jedoch entscheidend, da Physiker*innen glauben, dass Neutrinos trotz ihrer minimalen Masse möglicherweise die Gravitation des Universums beeinflussen.
Der FASERnu-Detektor, eine komplexe Anordnung von Wolframplatten und Emulsionsfilmen, hat eine Schlüsselrolle bei der Erfassung der Interaktionen von Neutrinos gespielt. Während der Hochenergiekollisionen am LHC kollidieren Neutrinos mit Wolframkernen und hinterlassen schwache Spuren, die dann akribisch analysiert werden, um die Eigenschaften und Verhaltensweisen dieser Partikel zu verstehen. Mit einem Signifikanzniveau von 16 Sigma liegen die Entdeckungen weit über der Schwelle, die für eine bestätigte Entdeckung in der Teilchenphysik benötigt wird.
Das Verständnis von in Teilchenbeschleunigern erzeugten Neutrinos ist von grundlegender Bedeutung. Denn sie haben das Potenzial, Aspekte des Weltraums und der Teilchenastrophysik zu enthüllen, die auf andere Weise unzugänglich sind. Diese Partikel sind aufgrund ihrer hohen Energien ein bedeutender Forschungsschwerpunkt, sie repräsentieren unbekannte Gebiete in der Physik und ermöglichen es Forschenden, tiefer in unerforschte Bereiche einzudringen und Einsichten in die Eigenschaften und Entstehung solch rätselhafter Einheiten zu gewinnen.
Die bestätigenden Fachartikel tragen die Titel „First Direct Observation of Collider Neutrinos with FASER at the LHC“ und „Observation of Collider Muon Neutrinos with the SND@LHC Experiment„.
Geheimnisse des Universums
Die Beobachtung von Neutrinos aus Teilchenbeschleunigern ist nicht nur ein Durchbruch im Verständnis dieser Partikel, sondern auch ein Zeichen für die Nutzung des vollen physikalischen Potenzials des Large Hadron Colliders. Wie Dr. David Casper von UC Irvine betonte, impliziert diese Entdeckung, dass wir nun zuvor unzugängliche Aspekte des Colliders erforschen, und eröffnet eine Palette von Möglichkeiten, die Geheimnisse des Universums zu entschlüsseln.
Der Betrieb des LHC soll bis 2026 fortgesetzt werden, und mit der Projektion von rund 10.000 Neutrino-Interaktionen steht die Erforschung noch am Anfang. Die fortlaufende akribische Forschung des FASER-Teams wird voraussichtlich eine Reihe von Entdeckungen bringen, die unser Verständnis der Komplexität des Universums neu definieren könnten.
Quellen: „First Direct Observation of Collider Neutrinos with FASER at the LHC“ (Physical Review Letters, 2023); „Observation of Collider Muon Neutrinos with the SND@LHC Experiment“ (Physical Review Letters, 2023); University of California, Irvine
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