位于瑞士日内瓦附近的大型强子对撞机 测试运行期间 发现了中微子

　　物理学家首次在原子粉碎机内检测到称为中微子的“幽灵粒子”。 在位于瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心 (CERN) 的大型强子对撞机 (LHC)——世界上最大的粒子加速器——新探测器的测试运行期间，发现了被称为中微子的微小粒子。

　　由欧洲核子研究中心的前向搜索实验 (FASER) 合作完成并于 11 月 24 日发表在《物理评论 D》杂志上的具有里程碑意义的发现不仅是第一次在 LHC 内部看到中微子，而且也是第一次它们已被发现在任何粒子加速器中。这一突破打开了一个全新的窗口，科学家可以通过它研究亚原子世界。

　　研究合著者、加州大学欧文分校物理学教授、FASER 合作的共同负责人乔纳森·冯在一份声明中说：“在这个项目之前，在粒子对撞机上从未发现中微子的迹象。”“这一重大突破是朝着更深入地了解这些难以捉摸的粒子及其在宇宙中所扮演的角色迈出的一步。”

　　每秒，大约有 1000 亿个中微子穿过你身体的每平方厘米。微小粒子无处不在——它们产生于恒星的核火、巨大的超新星爆炸、宇宙射线和放射性衰变，以及地球上的粒子加速器和核反应堆。

　　但是尽管它们无处不在，这些粒子仍然很难捕捉到。因为中微子没有电荷，质量几乎为零，所以它们几乎不与其他类型的物质相互作用。正如他们幽灵般的绰号一样，中微子视宇宙中的规则物质为无形体，并以接近光速的速度穿过它。

　　然而，仅仅因为它们难以捕捉并不意味着中微子不能被捕捉到。一些最著名的中微子探测实验——例如日本的超级神冈探测器、费米实验室的 MiniBooNE 和南极冰立方探测器——都通过一种叫做切伦科夫辐射的效应间接探测到了太阳产生的中微子。就像飞行速度超过音速的飞机会产生音爆一样，在速度超过光速的介质（如水）中传播的粒子能够在其尾迹中产生微弱的蓝色光芒。通过寻找这种辉光，科学家们能够发现中微子撞击原子核后产生的粒子副产品的踪迹。

　　但是，虽然像这样的实验非常适合探测从太阳穿过地球的中微子的特征，但它们仍然让科学家们对粒子加速器内粒子相互碰撞时产生的高能中微子类型知之甚少。为了找到这些自产中微子，FASER 合作项目的科学家们创造了一种名为 FASERnu 的新探测器。

　　FASERnu 就像一个粒子探测装置，由致密的铅和钨金属板组成，中间夹着多层称为乳剂的光探测黏液。首先，中微子撞击致密金属板中的原子核，产生粒子副产品。然后，据冯说，乳剂层以类似于老式照相胶片的方式工作，与中微子副产物反应，在粒子穿过它们时留下痕迹的轮廓。

　　通过“开发”乳液并分析留下的粒子轨迹，物理学家们发现一些痕迹是由中微子产生的；他们甚至可以确定他们检测到的中微子的三种粒子“味道”中的哪一种——tau、μ子或电子。这证实了他们不仅在 17 英里（27 公里）的巨大环内选择了正确的位置来探测中微子，而且他们的新探测器实际上能够看到它们。

　　现在，他们发现了一个成功的探测器，物理学家已经开始建造一个更大的版本，他们说，这个版本不仅对发现难以捉摸的粒子更加敏感，而且能够探测中微子和它们的反物质——反中微子——之间的差异。当LHC在2022年再次通电时，他们计划使用探测器来深入研究粒子加速器产生的中微子。

　　Casper 说：“鉴于我们新探测器的强大功能及其在欧洲核子研究中心的黄金位置，我们希望能够在 LHC 的下一次运行中记录超过 10,000 次中微子相互作用，从 2022 年开始。” “我们将探测到由人造来源产生的能量最高的中微子。”

　　中微子也不是 FASER 科学家唯一的采石场。该团队还在进行一项实验，以检测假设的“暗光子”，物理学家认为这可能与暗物质密切相关，暗物质据信约占宇宙物质的 85%。