Interacciones de neutrinos a energías récord desde una fuente artificial: un avance en FASER
MadridUn equipo de científicos ha realizado un importante descubrimiento en la física de partículas al detectar interacciones de alta energía que involucran neutrinos de electrones y muones a niveles nunca antes registrados a partir de una fuente artificial. Los neutrinos son partículas que rara vez interactúan con la materia, lo que las hace difíciles de detectar. Estudiar estas partículas ayuda a los científicos a responder preguntas fundamentales sobre el universo, como cómo se forma la masa y por qué hay más materia que antimateria.
Principales descubrimientos:
- Primera medición de interacciones de neutrinos electrónicos y de muón a energías extremadamente altas
- Detección en un rango de energía no explorado previamente entre 560-1740 GeV para neutrinos electrónicos y 520-1760 GeV para neutrinos de muón
- Resultados coherentes con las predicciones del Modelo Estándar
Un equipo encabezado por los profesores asociados Akitaka Ariga y Tomoko Ariga utilizó el experimento FASER en el LHC de CERN. Con la ayuda del detector FASERν, lograron medir con precisión las interacciones de neutrinos con energía muy alta, conocida como energía de TeV. Investigaciones previas solo habían estudiado neutrinos con menor energía. Este nuevo hallazgo representa un avance significativo en el campo de la física de altas energías.
El detector FASERν está compuesto por 730 capas de placas de tungsteno y películas de emulsión, sumando un peso total de 1.1 toneladas. Los investigadores analizaron una parte de este detector de 128.6 kg para detectar neutrinos de alta energía producidos en las colisiones del LHC. Encontraron cuatro probables eventos de interacciones con neutrinos electrónicos y ocho con neutrinos muónicos. Los resultados fueron estadísticamente significativos, descartando la posibilidad de que estos eventos fueran solo ruido de fondo aleatorio.
Título sugerido: FASERν detecta neutrinos de alta energía en el LHC: resultados revelan interacciones claras
El estudio publicado en Physical Review Letters demuestra que el montaje experimental puede medir interacciones de neutrinos con sabores conocidos a energías en el rango de TeV. Este logro es significativo. Midieron las interacciones de neutrinos de alta energía, encontrando rangos de energía de 560-1740 GeV para neutrinos electrónicos y de 520-1760 GeV para neutrinos muónicos.
Este descubrimiento podría cambiar la forma en que los investigadores llevan a cabo experimentos a gran escala en física de partículas. El éxito del detector FASERν demuestra que es posible realizar mediciones precisas de interacciones de neutrinos a energías más altas.
Estos resultados no solo coinciden con el Modelo Estándar; podrían tener un impacto significativo. Sugieren que podríamos descubrir nueva física, como el cambio de tipo de los neutrinos, encontrar interacciones raras o posiblemente identificar nuevas partículas o fuerzas que las teorías actuales no pueden explicar.
Medir interacciones a energías muy altas puede beneficiar futuros proyectos de colisionadores de partículas al proporcionar una nueva forma de estudiar las propiedades de los neutrinos y su relevancia en el universo. Esta investigación también abre la puerta para explorar áreas desconocidas de la física, lo que podría llevar a nuevos descubrimientos sobre las partículas fundamentales.
Este estudio representa un avance significativo en la física de partículas, demostrando nuestra capacidad para detectar y comprender las interacciones de neutrinos a niveles de energía extremadamente altos. El trabajo del equipo destaca la importancia de los experimentos continuos en colisionadores de alta energía como el LHC.
El estudio se publica aquí:
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.021802y su cita oficial - incluidos autores y revista - es
Roshan Mammen Abraham, John Anders, Claire Antel, Akitaka Ariga, Tomoko Ariga, Jeremy Atkinson, Florian U. Bernlochner, Tobias Boeckh, Jamie Boyd, Lydia Brenner, Angela Burger, Franck Cadoux, Roberto Cardella, David W. Casper, Charlotte Cavanagh, Xin Chen, Andrea Coccaro, Stephane Débieux, Monica D’Onofrio, Ansh Desai, Sergey Dmitrievsky, Sinead Eley, Yannick Favre, Deion Fellers, Jonathan L. Feng, Carlo Alberto Fenoglio, Didier Ferrere, Max Fieg, Wissal Filali, Haruhi Fujimori, Ali Garabaglu, Stephen Gibson, Sergio Gonzalez-Sevilla, Yuri Gornushkin, Carl Gwilliam, Daiki Hayakawa, Shih-Chieh Hsu, Zhen Hu, Giuseppe Iacobucci, Tomohiro Inada, Luca Iodice, Sune Jakobsen, Hans Joos, Enrique Kajomovitz, Takumi Kanai, Hiroaki Kawahara, Alex Keyken, Felix Kling, Daniela Köck, Pantelis Kontaxakis, Umut Kose, Rafaella Kotitsa, Susanne Kuehn, Thanushan Kugathasan, Helena Lefebvre, Lorne Levinson, Ke Li, Jinfeng Liu, Margaret S. Lutz, Jack MacDonald, Chiara Magliocca, Fulvio Martinelli, Lawson McCoy, Josh McFayden, Andrea Pizarro Medina, Matteo Milanesio, Théo Moretti, Magdalena Munker, Mitsuhiro Nakamura, Toshiyuki Nakano, Friedemann Neuhaus, Laurie Nevay, Motoya Nonaka, Kazuaki Okui, Ken Ohashi, Hidetoshi Otono, Hao Pang, Lorenzo Paolozzi, Brian Petersen, Markus Prim, Michaela Queitsch-Maitland, Hiroki Rokujo, Elisa Ruiz-Choliz, André Rubbia, Jorge Sabater-Iglesias, Osamu Sato, Paola Scampoli, Kristof Schmieden, Matthias Schott, Anna Sfyrla, Mansoora Shamim, Savannah Shively, Yosuke Takubo, Noshin Tarannum, Ondrej Theiner, Eric Torrence, Svetlana Vasina, Benedikt Vormwald, Di Wang, Yuxiao Wang, Eli Welch, Samuel Zahorec, Stefano Zambito, Shunliang Zhang. First Measurement of νe and νμ Interaction Cross Sections at the LHC with FASER’s Emulsion Detector. Physical Review Letters, 2024; 133 (2) DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.021802
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