دانشمندان برای اولین بار با برخورد دهنده هادرونی بزرگ نوترینوها را تشخیص دادند

تیم بین‌المللی آزمایش جستجوی پیشرو یا به اختصار FASER برای اولین بار توانست نوترینوهایی که در برخورد دهنده هادرونی بزرگ (LHC) تولید شده بودند را تشخیص دهد. LHC بزرگترین شتابدهنده‌ ذرات دنیاست و با همکاری بیش از ۱۰ هزار دانشمند و صدها مرکز تحقیقاتی در سراسر دنیا ساخته شده است.

در مقاله‌ای که امروز این تیم در ژورنال Physical Review D منتشر کرد، از نحوه تشخیص شش فعل و انفعال بین نوترینوها در برخوردی آزمایشی گفته شده است. در این آزمایش که ATLAS نام دارد، آن‌ها از آشکارسازی امولسیونی استفاده کردند تا بتوانند رد این برخوردها را تشخیص دهند.

تمام کاری که دانشمندان در این مرکز انجام می‌دهند، برخورد دو یا چند هسته با سرعت باورنکردنی به یکدیگر است. آن‌ها در این شتابدهنده فضایی تقریبا مشابه خلاء ایجاد می‌کنند و تنها چند مولکول تک اتمی در آن رها می‌کنند و با روشی آن‌ها را به هم برخورد می‌دهند.

ممکن است این پروسه ساده به نظر برسد، اما به انرژی بسیار زیاد و بنابراین پول زیادی نیاز دارد. به همین دلیل، این آزمایشات هر چند سال یکبار انجام می‌شوند و بعد از هر آزمایش، فیزیکدانان منتظر می‌مانند تا دوباره بودجه‌ای به آنان برسد و باز آزمایش را با تغییرات دیگر انجام می‌دهند.

این آزمایش، با صفحاتی از جنس سرب و تنگستن و لایه‌ای از امولسیون روی آن‌ها انجام شد. حین برخورد ذرات در LHC، برخی از نوترینوها به هسته‌ها برخورد کردند و ردی از خود روی املسیون‌ها به جا گذاشتند. دانشمندان با این ردها می‌توانند انرژی هر ذره و نوع نوترینوها، یعنی نوترینوی تاو، میون یا الکترون بودن آن‌ها را تشخیص دهند. علاوه بر این، می‌توانند متوجه شوند که این ذرات خود نوترینوها هستند و یا پادماده آن‌ها یعنی آنتی نوترینوها هستند.

نتایج این آزمایش نشان داد که وجود لایه‌های امولسیون روی صفحات فلزی کمک شایانی به آزمایش کرده است و دانشمندان مسیر درستی را پیش گرفته‌اند. این لایه‌ها درست مثل فیلم‌های عکاسی آنالوگ کار می‌کنند.

حتما به یاد دارید که در زمانی قبل از اینکه دوربین‌های دیجیتال گسترش پیدا کنند، تمام عکس‌ها با دوربین‌های آنالوگ گرفته می‌شد و برای دیدن هر عکس باید فیلم ۳۵ میلی‌متری خود را به لابراتوار عکاسی می‌سپردید تا آن را ظاهر کنند. دانشمندان در «سرن» نیز پس از انجام این برخورد، صفحات امولسیون را از دستگاه خارج می‌کنند و با ظهور آن‌ها می‌توانند رد هر برخورد را روی آن مشاهده و بررسی کنند.

با این آزمایش، تیم FASER کارایی آشکارساز امولسیونی در تشخیص نوترینوها را نشان داد و حالا می‌خواهد به سراغ آزمایشات دیگری برود که با ابزاری بزرگتر و بسیار حساس‌تر انجام خواهد شد. این ابزار جدید که FASERnu نام دارد می‌تواند در هر آزمایش تا بیش از ۱۰ هزار برخورد را تشخیص دهد.

این ابزار جدید می‌تواند در هر برخورد هر سه نوع نوترینوها و آنتی نوترینوهای آن‌ها را نیز تشخیص دهد. در صورتی که ابزارهای قبلی تنها می‌توانستند یک یا دو نوع از آن‌ها را تفکیک کنند و همین ابزار FASERnu را خاص می‌کند.