Novos experimentos do LHC entram em território desconhecido

 Caros Leitores;

Detectores FASER (superior) e SND@LHC (inferior)

A primeira observação de neutrinos do colisor por FASER e SND no LHC abre caminho para a exploração de novos cenários físicos.

Embora neutrinos sejam produzidos abundantemente em colisões no Grande Colisor de Hádrons (LHC), até agora nenhum neutrino produzido dessa forma havia sido detectado. Apenas nove meses após o início do LHC Run 3 e o início de sua campanha de medição, a colaboração FASER mudou esse quadro ao anunciar sua primeira observação de neutrinos do colisor na sessão eletrofraca deste ano do Rencontres de Moriond. Em particular, o FASER observou neutrinos muônicos e eventos candidatos de neutrinos eletrônicos. “Nossa significância estatística é de aproximadamente 16 sigma, excedendo em muito 5 sigma , o limite para uma descoberta na física de partículas”, explica Jamie Boyd, co-porta-voz da FASER.

Além da observação de neutrinos em um colisor de partículas, o FASER apresentou resultados em buscas de fótons escuros. Com resultado nulo, a colaboração foi capaz de estabelecer limites no espaço de parâmetros anteriormente inexplorado e começou a excluir regiões motivadas pela matéria escura. O FASER pretende coletar até dez vezes mais dados nos próximos anos, permitindo mais pesquisas e medições de neutrinos.

O FASER é um dos dois novos experimentos situados em ambos os lados da caverna ATLAS para detectar neutrinos produzidos em colisões de prótons no ATLAS. O experimento complementar, SND@LHC , também relatou seus primeiros resultados em Moriond, mostrando oito eventos candidatos a neutrinos muônicos. “Ainda estamos trabalhando na avaliação das incertezas sistemáticas em segundo plano. Como resultado muito preliminar, nossa observação pode ser reivindicada no nível 5 sigma”, acrescenta o porta-voz do SND@LHC, Giovanni De Lellis. O detector SND@LHC foi instalado no túnel do LHC bem a tempo para o início do LHC Run 3.

Até agora, os experimentos com neutrinos estudaram apenas neutrinos vindos do espaço, da Terra, de reatores nucleares ou de experimentos com alvos fixos. Enquanto os neutrinos astrofísicos são altamente energéticos, como aqueles que podem ser detectados pelo experimento IceCube no Pólo Sul, os neutrinos solares e de reatores geralmente têm energias mais baixas. Os neutrinos em experimentos de alvo fixo, como os do CERN Norte e da antiga Área Oeste, estão na região de energia de até algumas centenas de gigaeletronvolts (GeV). FASER e SND@LHC estreitarão a lacuna entre neutrinos de alvo fixo e neutrinos astrofísicos, cobrindo uma faixa de energia muito maior – entre algumas centenas de GeV e vários TeV.

Um dos tópicos inexplorados da física para o qual eles contribuirão é o estudo de neutrinos de alta energia de fontes astrofísicas. De fato, o mecanismo de produção dos neutrinos no LHC, bem como sua energia de centro de massa, é o mesmo dos neutrinos de altíssima energia produzidos em colisões de raios cósmicos com a atmosfera. Esses neutrinos “atmosféricos” constituem um pano de fundo para a observação de neutrinos astrofísicos: as medições do FASER e do SND@LHC podem ser usadas para estimar com precisão esse fundo, abrindo caminho para a observação de neutrinos astrofísicos.

Outra aplicação dessas pesquisas é medir a taxa de produção de todos os três tipos de neutrinos. Os experimentos testarão a universalidade de seu mecanismo de interação medindo a proporção de diferentes espécies de neutrinos produzidas pelo mesmo tipo de partícula parental. Este será um teste importante do Modelo Padrão no setor de neutrinos.

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Fonte: CERN / Por Kristiane Bernhard-Novotny e Chetna Krishna / Publicação 22-03-2023

https://home.cern/news/news/physics/new-lhc-experiments-enter-uncharted-territory

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