在一項(xiàng)名為 FASER 的實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家們分析了儀器收集的粒子碰撞過(guò)程中產(chǎn)生的中微子信號(hào)，希望后續(xù)有助于更深入地理解某些關(guān)鍵的物理學(xué)特性。據(jù)悉，中微子(Neutrinos)是一種呈電中性、極輕、且很少與物質(zhì)粒子產(chǎn)生相互作用的基本粒子。但也正是因?yàn)檫@種特性，使得“即使很常見(jiàn)”的它們也很難被檢測(cè)到。

中微子在恒星、超新星和類星體中產(chǎn)生，放射性衰變、宇宙射線和地球大氣中的原子相互作用。

事實(shí)上，在轉(zhuǎn)瞬之間，就有數(shù)十億計(jì)的中微子穿過(guò)你我的身體。通俗點(diǎn)，你也可以將它稱作“幽靈粒子”(Ghost Particles)。

長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直以為像 LHC 這樣的粒子加速器，也能夠在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中制造出中微子。遺憾的是，此前一直沒(méi)能找到合適的儀器來(lái)探測(cè)。

好消息是，F(xiàn)ASER 項(xiàng)目在 2018 年試運(yùn)行期間部署并測(cè)試了“正確的儀器”，最終讓科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了六次中微子的相互作用。

研究合著者 Jonathan Feng 表示：“在該項(xiàng)目之前，我們從未在粒子對(duì)撞機(jī)上看到過(guò)中微子的跡象。隨著這項(xiàng)重大的突破，后續(xù)我們能夠更加深入地了解這些難以捉摸的粒子、及其在宇宙中所扮演的角色”。

實(shí)驗(yàn)期間，研究人員將 FASER 儀器部署到了位于粒子碰撞發(fā)生地 408 米(1575 英尺)的地方，并以類似膠片攝影的方式來(lái)開(kāi)展記錄工作。

FASER 探測(cè)器本體由鉛 / 鎢金屬隔板組成，且中間有一層乳劑。一些中微子會(huì)撞擊到致密金屬中的原子核，從而產(chǎn)生其它流行乳液的粒子。

當(dāng)乳劑層像膠片一樣“顯影”時(shí)，它們留下的痕跡就可以被觀察到。在驗(yàn)證了該方法的有效性后，F(xiàn)ASER 團(tuán)隊(duì)現(xiàn)又準(zhǔn)備一系列新實(shí)驗(yàn)，并換用一套更大、更靈敏的完整儀器裝置。

研究配圖 - 4：中微子信號(hào) / 中性強(qiáng)子背景的 BDT 輸入變量的 Monte Carlo 模擬分布

據(jù)悉，名為 FASERnu 的完整探測(cè)器的重量超過(guò)了 1090 公斤(2400 磅)，而 FASER 的先行版本僅為 29 公斤(64 磅)。

得益于更高的靈敏度，研究團(tuán)隊(duì)不僅可以更頻繁地檢測(cè)中微子，還能夠區(qū)分它們進(jìn)入時(shí)的三種形態(tài)、甚至反中微子。

研究合著者 David Casper 表示：“新探測(cè)器功能相當(dāng)強(qiáng)大、且位于歐洲核子研究中心(CERN)的黃金位置，我們希望能夠在 LHC 的下一次運(yùn)行過(guò)程中(2022 年開(kāi)啟)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)”。

如果一切順利，F(xiàn)ASERnu 有望記錄下超過(guò) 10000 次的中微子相互作用 —— 同時(shí)也意味著對(duì)人造來(lái)源的能量最高的中微子展開(kāi)探測(cè)。

有關(guān)這項(xiàng)研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《物理評(píng)論 D 刊》( Physical Review D )上，原標(biāo)題為《First neutrino interaction candidates at the LHC》。

關(guān)鍵詞： 研究團(tuán)隊(duì) FASER 實(shí)驗(yàn)過(guò)程 中微子