Les physiciens de la collaboration FASER (Forward Search Experiment) ont observé six interactions de neutrinos au cours d’un essai pilote de FASERν, un détecteur compact à émulsion installé au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN en 2018.
Affichages de l’événement FASERν de deux des sommets neutres dans la projection yz longitudinale à la direction du faisceau (à gauche) et dans la vue transversale à la direction du faisceau (à droite). Crédit image : Collaboration FASER.
“Avant ce projet, aucun signe de neutrinos n’avait jamais été observé dans un collisionneur de particules”, a déclaré le professeur Jonathan Feng, chercheur au département de physique et d’astronomie de l’Université de Californie, Irvine, et co-directeur de la collaboration FASER.
“Cette percée significative est une étape vers le développement d’une compréhension plus profonde de ces particules insaisissables et du rôle qu’elles jouent dans l’Univers.”
L’instrument FASERν était composé de plaques de plomb et de tungstène alternées avec des couches d’émulsion.
Lors des collisions de particules au LHC, certains des neutrinos produits se fracassent sur les noyaux des métaux denses, créant des particules qui traversent les couches d’émulsion et créent des marques visibles après traitement.
Ces gravures fournissent des indices sur les énergies des particules, leurs saveurs – tau, muon ou électron – et s’il s’agit de neutrinos ou d’antineutrinos.
“L’émulsion fonctionne d’une manière similaire à la photographie à l’ère des appareils numériques”, a déclaré le Dr Feng.
“Lorsque le film 35 mm est exposé à la lumière, les photons laissent des traces qui se révèlent sous forme de motifs lorsque le film est développé.”
Les physiciens du FASER ont également été en mesure de voir les interactions entre les neutrinos après avoir retiré et développé les couches d’émulsion du détecteur.
“Après avoir vérifié l’efficacité de l’approche du détecteur à émulsion pour observer les interactions des neutrinos produits dans un collisionneur de particules, nous préparons maintenant une nouvelle série d’expériences avec un instrument complet beaucoup plus grand et beaucoup plus sensible”, a déclaré le Dr Feng.
“Compte tenu de la puissance de notre nouveau détecteur et de son emplacement privilégié au CERN, nous espérons être en mesure d’enregistrer plus de 10 000 interactions de neutrinos lors du prochain passage du LHC, qui débutera en 2022 “, a déclaré David Casper, chercheur au département de physique et d’astronomie de l’université de Californie à Irvine, et codirecteur du projet FASER.
“Nous détecterons les neutrinos de plus haute énergie qui ont jamais été produits par une source humaine”.
“Ce qui rend FASERν unique, c’est que, alors que d’autres expériences ont pu distinguer un ou deux types de neutrinos, il sera en mesure d’observer les trois saveurs, plus leurs contreparties antineutrinos.”
“Il n’y a eu qu’environ 10 observations de neutrinos tau dans toute l’histoire de l’humanité, mais nous pensons que notre équipe pourra doubler ou tripler ce nombre au cours des trois prochaines années.”
Les résultats ont été publiés dans la revue Physical Review D.
