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Aug 01, 2023

A primeira observação de neutrinos no Large Hadron Collider do CERN

Artigo de 26 de agosto de 2023 Este artigo foi revisado de acordo com o processo editorial e as políticas da Science X. Os editores destacaram os seguintes atributos, garantindo ao mesmo tempo a

Recurso de 26 de agosto de 2023

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por Ingrid Fadelli, Phys.org

Neutrinos são partículas minúsculas e com carga neutra explicadas pelo Modelo Padrão da física de partículas. Embora se estime que sejam algumas das partículas mais abundantes no Universo, observá-las até agora revelou-se um grande desafio, uma vez que a probabilidade de interagirem com outra matéria é baixa.

Para detectar essas partículas, os físicos têm usado detectores e equipamentos avançados para examinar fontes conhecidas de neutrinos. Os seus esforços levaram finalmente à observação de neutrinos provenientes do Sol, raios cósmicos, supernovas e outros objetos cósmicos, bem como aceleradores de partículas e reatores nucleares.

Um objetivo de longa data neste campo de estudo era observar neutrinos dentro de colisores, aceleradores de partículas nos quais dois feixes de partículas colidem entre si. Duas grandes colaborações de investigação, nomeadamente FASER (Forward Search Experiment) e SND (Scattering and Neutrino Detector)@LHC, observaram estes neutrinos do colisor pela primeira vez, utilizando detectores localizados no Large Hadron Collider (LHC) do CERN, na Suíça. Os resultados de seus dois estudos foram publicados recentemente na Physical Review Letters.

“Os neutrinos são produzidos abundantemente em colisores de prótons como o LHC”, disse Cristovão Vilela, parte da Colaboração SND@LHC, ao Phys.org. "No entanto, até agora, estes neutrinos nunca tinham sido observados diretamente. A interação muito fraca dos neutrinos com outras partículas torna a sua detecção muito desafiadora e por isso são as partículas menos estudadas no Modelo Padrão da física de partículas."

A colaboração FASER e SND@LHC são dois esforços de investigação distintos, ambos utilizando o LHC no CERN. Recentemente, estes dois esforços observaram independentemente os primeiros neutrinos do colisor, o que poderia abrir novos caminhos importantes para a investigação experimental em física de partículas.

A colaboração FASER é um grande esforço de pesquisa estabelecido com o objetivo de observar luz e partículas de interação fraca. O FASER foi o primeiro grupo de pesquisa a observar neutrinos no LHC, utilizando o detector FASER, que está posicionado a mais de 400 m de distância do renomado experimento ATLAS, em um túnel separado. FASER (e SND@LHC) observam neutrinos produzidos na mesma “região de interação” dentro do LHC que o ATLAS.

“Os colisores de partículas existem há mais de 50 anos e detectaram todas as partículas conhecidas, exceto os neutrinos”, disse Jonathan Lee Feng, co-porta-voz da Colaboração FASER, ao Phys.org. "Ao mesmo tempo, sempre que neutrinos são descobertos a partir de uma nova fonte, seja um reator nuclear, o Sol, a Terra ou supernovas, aprendemos algo extremamente importante sobre o universo. Como parte do nosso trabalho recente, decidimos detectar neutrinos produzidos em um colisor de partículas pela primeira vez."

A colaboração FASER observou neutrinos do colisor colocando o seu detector ao longo da linha do feixe, seguindo as suas trajetórias. Sabe-se que neutrinos de alta energia são produzidos predominantemente neste local, mas outros detectores do LHC têm pontos cegos nesta direção e, portanto, não foram capazes de observá-los no passado.

“Como estes neutrinos têm fluxos e energias elevados, o que os torna muito mais propensos a interagir, conseguimos detectar 153 deles com um detector muito pequeno e barato que foi construído num tempo muito curto”, explicou Feng. "Anteriormente, pensava-se que a física de partículas estava dividida em duas partes: experimentos de alta energia, necessários para estudar partículas pesadas, como quarks top e bósons de Higgs, e experimentos de alta intensidade, necessários para estudar neutrinos. Este trabalho mostrou que experimentos de alta energia também podem estudar neutrinos, e assim uniram as fronteiras de alta energia e alta intensidade."