FASER實(shí)驗(yàn)藝術(shù)圖。圖片來(lái)源：CERN官網(wǎng)

對(duì)撞機(jī)會(huì)產(chǎn)生大量中微子，但這些中微子從未被探測(cè)到，現(xiàn)在這一局面將發(fā)生改變。據(jù)歐洲核子研究中心(CERN)官網(wǎng)17日?qǐng)?bào)道，CERN“向前搜索實(shí)驗(yàn)”(FASER)的新探測(cè)器FASERν最近獲批，它將安裝在該實(shí)驗(yàn)主探測(cè)器前端，有望探測(cè)到對(duì)撞產(chǎn)生的中微子，開(kāi)啟中微子物理學(xué)新紀(jì)元。

自1956年在核反應(yīng)堆內(nèi)首次觀測(cè)到中微子以來(lái)，科學(xué)家已從太陽(yáng)、大氣及地球等諸多來(lái)源探測(cè)到中微子，但遺憾的是從未在粒子對(duì)撞機(jī)內(nèi)檢測(cè)到。大多數(shù)對(duì)撞機(jī)內(nèi)的中微子能量極高，而我們對(duì)高能中微子的相互作用所知甚少，因此，在對(duì)撞機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的中微子或能為中微子研究帶來(lái)新啟示。

FASER于今年初獲批，旨在搜索光和弱相互作用粒子(如暗光子等)。FASER將位于大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)內(nèi)超環(huán)面儀器實(shí)驗(yàn)(ATLAS)下游約480米處，這是探測(cè)中微子的理想位置，但該實(shí)驗(yàn)主檢測(cè)器無(wú)法探測(cè)中微子。

FASER實(shí)驗(yàn)共同發(fā)言人杰米·博伊德解釋說(shuō)：“由于中微子與物質(zhì)的相互作用非常微弱，因此，我們需要一個(gè)包含大量物質(zhì)的標(biāo)靶才能成功探測(cè)到它們。FASER主探測(cè)器沒(méi)有這樣的標(biāo)靶，無(wú)法探測(cè)到中微子。FASERν恰好可以‘大顯身手’。它由乳膠薄膜和鎢板組成，可充當(dāng)標(biāo)靶和檢測(cè)器，觀察中微子的相互作用。”

FASERν長(zhǎng)1.35米、寬25厘米、高25厘米，重1.2噸，遠(yuǎn)小于目前主要的中微子探測(cè)器——日本“超級(jí)神岡”探測(cè)器重5萬(wàn)噸;南極“冰立方”探測(cè)器的體積達(dá)到1立方千米。

FASER合作組估計(jì)，F(xiàn)ASERν在運(yùn)行期間可探測(cè)到2萬(wàn)多個(gè)中微子。這些中微子的平均能量介于600吉電子伏特(GeV)到1太電子伏特(TeV)之間。中微子共有3種類型：電子中微子、μ子中微子和τ子中微子。合作組預(yù)計(jì)可探測(cè)到這3種中微子的數(shù)量分別為1300個(gè)、2萬(wàn)個(gè)和20個(gè)。

博伊德說(shuō)：“這些將是能量最高的人造中微子，在LHC內(nèi)探測(cè)到并研究它們是粒子物理學(xué)的一個(gè)里程碑，使研究人員能在中微子物理學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行互補(bǔ)測(cè)量。FASERν還將為未來(lái)的對(duì)撞機(jī)中微子計(jì)劃鋪平道路，這些計(jì)劃得到的結(jié)果將為建造更大中微子探測(cè)器提供參考。”

據(jù)悉，LHC計(jì)劃于2021年5月重啟，F(xiàn)ASERν探測(cè)器將于此次重啟前安裝，并在LHC本次運(yùn)行期間收集數(shù)據(jù)。(記者劉霞)