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Interações de neutrinos de alta energia foram observados dentro de um colisor de partículas pela primeira vez, de acordo com descobertas detalhadas em um estudo que marca um novo marco importante na física de partículas.
Neutrinos são partículas subatômicas neutras que desempenham um papel significativo no Modelo Padrão da física de partículas. Apesar de sua abundância no universo, eles são às vezes chamados de “partículas fantasmas”, já que raramente interagem com a matéria, o que os torna difíceis de detectar.
Para físicos de partículas, entender essas raras interações de neutrinos com outras formas de matéria é uma busca significativa para obter uma melhor compreensão do nosso universo. Tais estudos podem ajudar a responder perguntas como por que as partículas têm massa e por que há mais matéria do que antimatéria.
Agora, uma nova pesquisa liderada pelos professores Akitaka Ariga e Tomoko Ariga, que empregou o Forward Search Experiment (FASER) no Grande Colisor de Hádrons (LHC) do CERN, resultou na detecção bem-sucedida de neutrinos de elétrons e múons em faixas de energia nunca antes exploradas.
Desvendando interações de neutrinos de alta energia
O Detector FASER no CERN foi desenvolvido para ajudar os físicos a procurar luz e partículas que interagem em níveis muito fracos, que são previstos em vários modelos estendidos que vão além do Modelo Padrão para tentar entender a matéria escura e os desequilíbrios entre matéria e antimatéria.
Entretanto, outra área de foco do FASER envolve estudos da origem das massas de neutrinos. Composto por 730 camadas de placas de tungstênio e filmes de emulsão, o detector FASERν é dedicado a observar neutrinos de alta energia produzidos por colisões próton-próton dentro do LHC.
Em seu estudo recente, a equipe de pesquisa da Ariga usou o detector para observar neutrinos produzidos durante essas colisões, permitindo-lhes detectar as partículas elusivas durante interações na faixa de teraeletronvolts (TeV).
Essas detecções de neutrinos de alto alcance nunca foram registradas anteriormente a partir de uma fonte artificial e oferecem observações sem precedentes que são consistentes com o Modelo Padrão.
Além disso, o detector FASERν forneceu dados precisos sobre essas colisões de prótons que permitiram ao pesquisador reconstruir rastros de partículas carregadas até o submícron. “Isso nos permite identificar interações de neutrinos de corrente carregada (CC) de elétron e múon e a medição de seções transversais de interação de neutrinos na faixa de energia TeV atualmente inexplorada”, Dr. Akitaka Ariga disse em uma declaração.
Implicações para a física de partículas
Durante os experimentos, quatro interações de neutrinos de elétrons foram observadas, juntamente com o dobro de interações de neutrinos de múons. Cada interação ocorreu com um alto grau de significância estatística, o que ajudou a equipe a descartar a possibilidade de que algumas das observações podem ter resultado de flutuações de fundo em oposição a eventos reais de neutrinos.
O sucesso da equipe aponta para estudos mais abrangentes de interações de neutrinos em energias TeV. Significativamente, a nova pesquisa também oferece aos físicos de partículas uma maneira promissora de estudar as partículas fundamentais que formam a base do nosso universo.
Fundamentalmente, as novas descobertas marcam os primeiros resultados notáveis da física envolvendo neutrinos derivados de um colisor de partículas, um desenvolvimento que pode abrir caminho para experimentos e pesquisas futuras revolucionárias para físicos de partículas.
O Dr. Ken Ohashi, pesquisador do Laboratório de Física de Altas Energias da Universidade de Berna, o Dr. Hiroaki Kawahara da Universidade de Kyushu e o professor assistente Daiki Hayakawa da Escola de Pós-Graduação em Ciências da Universidade de Chiba também participaram da pesquisa, juntamente com membros da colaboração FASER.
As conclusões da equipa internacional foram detalhadas em um novo artigo“Primeira medição das seções transversais de interação e no LHC com o detector de emulsão FASER”, publicado em Cartas de revisão física.
Micah Hanks é o editor-chefe e cofundador do The Debrief. Ele pode ser contatado por e-mail em micah@thedebrief.org. Acompanhe o trabalho dele em micahhanks.com e em X: @MicahHanks.
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