Los neutrinos fueron capturados interactuando con el Gran Colisionador de Hadrones.

El reclamo de fama del Gran Colisionador de Hadrones es su capacidad para descubrir partículas subatómicas escurridizas. Pero hay una clase de partículas que nunca ha detectado directamente, aunque las produce en abundancia. Los neutrinos, diminutas partículas elementales, interactúan tan poco con la materia que pasan desapercibidos a través de los detectores masivos del acelerador de partículas (SN: 8/4/21).

Ahora, en un experimento de prueba de concepto, Se identificó la primera evidencia de interacciones de neutrinos en el LHC, informaron los investigadores con el informe colaborativo FASER el 13 de mayo en arXiv.org. La técnica podría abrir una ventana a los neutrinos en energías para las cuales las interacciones de las partículas no se comprenden bien.

Es el primer vistazo de los neutrinos producidos en un colisionador de partículas, un tipo de acelerador de partículas que hace añicos haces de partículas. Los físicos detectaron neutrinos de aceleradores de partículas rompiendo un haz de partículas en un objetivo estacionario, pero no en caso de colisión. La búsqueda de neutrinos en colisiones de partículas permite a los científicos sondear energías más altas, pero también dificulta el estudio de los neutrinos.

Para capturar la interacción de los neutrinos, los investigadores utilizaron un detector que contenía películas similares a las que se utilizan en las películas fotográficas. Cuando una partícula cargada pasa a través de una película, deja una marca donde estaba. Los neutrinos, que no tienen carga eléctrica, no dejan rastros en el detector. Pero cuando un neutrino interactúa con la materia dentro del detector, produce una pulverización de partículas cargadas que apuntan a un neutrino como su fuente.

Los investigadores colocaron su detector en una región atravesada por neutrinos mientras se disparan desde las colisiones de partículas en el detector ATLAS del LHC. Después de estimar cuántas de las detecciones podrían deberse a otras partículas que pueden imitar a los neutrinos, los investigadores informan que han capturado alrededor de seis interacciones de neutrinos.

El LHC, ubicado cerca de Ginebra, ha estado cerrado por actualizaciones desde 2018. El experimento, realizado poco antes del cierre, sirvió como evidencia para un experimento futuro, llamado FASERν, que comenzará cuando se reinicie el LHC en 2022 Se espera que FASERν detecte alrededor de 10,000 neutrinos durante el próximo período de operaciones del LHC, 2022-2024.

Con FASERν, los investigadores medirán las secciones transversales de neutrinos, una medida de la probabilidad de que las partículas interactúen con el material. Esto es importante para poder realizar otras mediciones en neutrinos. Por ejemplo, los científicos pueden aprender sobre la producción de neutrinos energéticos en la explosión de estrellas y otras fuentes cósmicas al detectarlos en la Tierra. Pero para determinar qué tan prevalentes son estos neutrinos, el científico necesita saber qué probabilidades hay de que estos neutrinos interactúen con los detectores.

Las secciones transversales dependen de la energía de las partículas y en el LHC «podemos estudiar el rango de energía que no hemos estudiado», dice el físico de partículas Tomoko Ariga de la Universidad de Kyushu en Fukuoka, Japón, miembro de la colaboración FASER.

No es ninguna sorpresa encontrar neutrinos en el LHC. «Este no es el resultado impactante», dice la física de partículas Deborah Harris de la Universidad de York en Toronto y Fermilab de Batavia, Illinois, que no participó en la investigación. En cambio, muestra que es posible detectar neutrinos en el LHC. «Esta idea no es del todo descabellada», dice.

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