Son olarak, ruh aslında makinede: bilim adamları ilk kez bir parçacık hızlandırıcıda nötron ürettiler.

Bu bol ama gizemli atom altı parçacıklar, maddenin geri kalanından o kadar uzaktadır ki, maddenin içinde hayaletler gibi süzülürler ve onlara “hayalet parçacıklar” takma adını kazandırırlar. Araştırmacılar, bu çalışmanın çarpışma nötrinolarının ilk doğrudan gözlemini temsil ettiğini ve bu parçacıkların nasıl oluştuğunu, özelliklerinin neler olduğunu ve evrenin evriminde oynadıkları rolü anlamamıza yardımcı olacağını söylüyor.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısında FASERnu detektörü ile elde edilen sonuçlar, İtalya’da düzenlenen 57. Rencontres de Moriond Elektrozayıf Etkileşimler ve Birleşik Teoriler konferansında sunuldu. Irvine, California Üniversitesi’nden fizikçi Jonathan Feng, “Tamamen yeni bir kaynaktan – parçacık hızlandırıcılardan – iki parçacık demetinin son derece yüksek enerjilerde çarpıştığı nötrinoları tespit ettik” diyor.

Fotonlardan sonra, nötrinolar evrende en çok bulunan atom altı parçacıklardır. Ancak elektrik yükleri yoktur, kütleleri neredeyse sıfırdır ve çarpıştıkları diğer parçacıklarla nadiren etkileşime girerler. Şu anda vücudunuzdan yüz milyarlarca nötrino geçiyor.

Nötrinolar, yıldızların içinde meydana gelen nükleer füzyonda veya süpernova patlamalarında B. gibi enerjik koşullar altında üretilir. Ve biz onları günlük yaşamda fark etmesek de fizikçiler, ne kadar küçük olursa olsun kütlelerinin muhtemelen evrenin yerçekimini etkilediğine inanıyorlar (her ne kadar nötrinoların karanlık madde olma olasılığı neredeyse tamamen dışlanmış olsa da).

Madde ile etkileşimi küçük olmasına rağmen, tamamen yok değildir; Zaman zaman, kozmik bir nötrino başka bir parçacıkla çarpışır ve çok zayıf bir ışık parlaması üretir.

Bu patlamalar, diğer radyasyon kaynaklarından izole edilen yer altı dedektörleri tarafından tespit edilebilir. Antarktika’daki IceCube, Japonya’daki Super-Kamiokande ve Illinois’deki Fermilab’daki MiniBooNE bu tür üç dedektördür. Bununla birlikte, parçacık hızlandırıcılarda üretilen nötrinolar, fizikçiler tarafından uzun süredir araştırılıyor çünkü içerdiği yüksek enerjiler, düşük enerjili nötrinolar kadar iyi anlaşılmadı. CERN’den parçacık fizikçisi Jamie Boyd, “Bize evren hakkında başka türlü bilemeyeceğimiz şeyler söyleyebilirler” diyor. “LHC’deki bu çok enerjik nötrinolar, parçacık astrofiziğindeki gerçekten heyecan verici gözlemleri anlamak için önemlidir.”

FASERnu, emülsiyon film katmanları ile serpiştirilmiş milimetre kalınlığında tungsten plakalardan oluşan bir emülsiyon detektörüdür. Tungsten, nötrino etkileşimlerinin olasılığını artıran yüksek yoğunluğu nedeniyle seçildi; Dedektör 730 emülsiyon filmden ve yaklaşık 1 ton toplam tungsten kütlesinden oluşur.

LHC’deki parçacık deneylerinde, nötrinolar tungsten plakalardaki çekirdeklerle çarpışarak, iyonlaştırıcı radyasyonun bir bulut odasında iz bırakmasına benzer şekilde, emülsiyon katmanlarında izler bırakan parçacıklar oluşturabilir. Fizikçilerin onları neyin oluşturduğunu anlamak için parçacık izlerini analiz edebilmesi için önce bu plakalar fotoğraf filmi gibi geliştirilmelidir.

Altı nötrino adayı zaten tanımlanmış ve 2021’de yayınlanmıştır. Şimdi, araştırmacılar bulgularını, geçen yıl başlayan ve 16 sigma anlamlılık düzeyinde başlayan, yükseltilmiş LHC’nin üçüncü çalışmasından elde edilen verileri kullanarak doğruladılar.

Bu, sinyallerin rastgele üretilme olasılığının neredeyse sıfır olacak kadar küçük olduğu anlamına gelir; 5 sigma önem düzeyi, parçacık fiziğinde bir keşif olarak kabul edilmek için yeterlidir. FASER ekibi, dedektör tarafından toplanan verileri analiz etmek için hâlâ yoğun bir şekilde çalışıyor ve bunu muhtemelen daha birçok nötrino algılaması takip edecek. 3 LHC’nin lansmanının 2026 yılına kadar devam etmesi bekleniyor ve veri toplama ve analizi devam ediyor.

2021’de, UC Irvine fizikçisi David Kasper, bir fırlatmanın yaklaşık 10.000 nötrino etkileşimi üreteceğini tahmin etmişti, bu da FASERnu’nun sunduğu şeylerin yüzeyini zar zor çizdiğimiz anlamına geliyor. “Nötrinolar, Büyük Hadron Çarpıştırıcısındaki çok daha büyük deneylerin doğrudan tespit edemediği bilinen tek parçacıklardır” diyor, “bu yüzden FASER’in başarılı gözlemi, çarpıştırıcının fiziksel potansiyelinin sonunda fark edildiği anlamına geliyor.”

Bu çalışma presented at the 57th Rencontres de Moriond Electroweak Interactions and Unified Theories conference isimli konferanstan derlenmiştir.