Esplorare la materia oscura della fisica: Large Hadron Collider entra in territori inesplorati
La collaborazione FASER ha compiuto la sua prima osservazione di neutrini prodotti presso il Large Hadron Collider (LHC) durante la sua campagna di misurazione, con una significatività statistica superiore alla soglia per una scoperta nella fisica delle particelle. L’osservazione include neutrini muonici ed eventi candidati di neutrini elettronici. Inoltre, la collaborazione ha presentato risultati su ricerche di fotoni oscuri, che hanno permesso l’esclusione di regioni motivate dalla materia oscura. FASER mira a raccogliere più dati per consentire più ricerche e misurazioni di neutrini. La rilevazione di neutrini prodotti in collisioni di protoni al LHC può contribuire allo studio di neutrini ad alta energia da fonti astrofisiche e testare l’universalità del meccanismo di interazione delle diverse specie di neutrini.
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La prima osservazione di neutrini del collider presso il LHC apre la strada alla esplorazione di nuovi scenari di fisica. Sebbene i neutrini siano prodotti in abbondanza nelle collisioni del Large Hadron Collider (LHC), fino ad oggi nessun neutrino prodotto in questo modo era stato rilevato. In soli nove mesi dall’inizio di LHC Run 3 e dall’avvio della sua campagna di misurazione, la collaborazione FASER ha cambiato questo quadro annunciando la sua prima osservazione di neutrini del collider alla sessione elettrodebole dell’incontro Rencontres de Moriond di quest’anno. In particolare, FASER ha osservato neutrini muonici ed eventi candidati di neutrini elettronici. “La nostra significatività statistica è di circa 16 sigma, superiore di gran lunga ai 5 sigma, la soglia per una scoperta nella fisica delle particelle”, spiega il co-portavoce di FASER Jamie Boyd.
Oltre alla sua osservazione di neutrini presso un collider di particelle, FASER ha presentato risultati su ricerche di fotoni oscuri. Con un risultato nullo, la collaborazione è stata in grado di impostare limiti su spazi di parametri inesplorati in precedenza e ha iniziato a escludere regioni motivate dalla materia oscura. FASER punta a raccogliere fino a dieci volte più dati nei prossimi anni, consentendo ulteriori ricerche e misurazioni di neutrini.
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FASER è uno dei due nuovi esperimenti situati ai due lati della caverna ATLAS per rilevare neutrini prodotti in collisioni di protoni in ATLAS. L’esperimento complementare, [email protected], ha anche riportato i suoi primi risultati a Moriond, mostrando otto eventi candidati di neutrini muonici. “Stiamo ancora lavorando alla valutazione delle incertezze sistematiche sullo sfondo. Come risultato molto preliminare, la nostra osservazione può essere rivendicata al livello di 5 sigma”, aggiunge il portavoce di [email protected] Giovanni De Lellis.
Finora, gli esperimenti sui neutrini hanno studiato solo i neutrini provenienti dallo spazio, dalla Terra, dai reattori nucleari o dagli esperimenti a bersaglio fisso. Mentre i neutrini astrofisici sono altamente energetici, come quelli che possono essere rilevati dall’esperimento IceCube al Polo Sud, i neutrini solari e dei reattori hanno generalmente energie più basse. I neutrini negli esperimenti a bersaglio fisso, come quelli delle aree Nord e Ovest del CERN, si trovano nell’intervallo di energia fino a qualche centinaio di giga-elettronvolt (GeV). FASER e [email protected] ridurranno il divario tra i neutrini a bersaglio fisso e i neutrini astrofisici, coprendo un intervallo di energia molto più elevato, tra qualche centinaio di GeV e diversi TeV.
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