该结果为在当前和未来的粒子对撞机中研究高能中微子铺平了道路

大型强子对撞机隧道中的FASER实验。(图片:欧洲核子研究中心)

这在大型强子对撞机(LHC)或任何粒子对撞机上都是第一次:FASER合作首次探测到LHC碰撞中产生的中微子的候选粒子相互作用。这一结果发表在网上的一篇论文中，为在当前和未来的对撞机中研究高能中微子铺平了道路。

中微子是宇宙中最丰富的具有质量的基本粒子，并且已经从许多来源探测到它们。然而，从来没有直接探测到粒子对撞机产生的中微子，尽管对撞机产生了大量中微子。对这种对撞机中微子的研究可能会让人们对这些基本粒子的神秘本质有新的认识，尤其是因为对撞机中微子产生于高能量状态，而在这种状态下它们与物质的弱相互作用很少被研究。

FASER实验的FASERν检测器和新近批准的SND@LHC检测器都是为了捕捉和研究对撞机中的中微子而设计的，它们预计将在2021年安装在大型强子对撞机上，并在2022年对撞机再次启动时开始收集数据。然而，FASER合作的早期进展是，在大型强子对撞机于2018年底关闭进行维护和升级之前，一个小型的FASERν先导版本用了4周的质子-质子碰撞数据。

在分析了先导探测器的数据并估计了可以模拟中微子相互作用信号的粒子事件背景后，FASER团队发现了几个对撞机中微子的候选事件。该结果的统计意义为2.7个标准差，略低于在粒子物理学中声明粒子或过程证据所需的3个标准差。

“先导探测器的目标是演示在大型强子对撞机的实验环境中测量中微子的可行性，”FASER的联合发言人杰米·博伊德说。“所以我们非常兴奋，这个小探测器，它只占最终探测器的1%，让我们看到了在对撞机中中微子相互作用的第一个候选事件。”

该团队预计，从2022年到2024年，在下一次大型强子对撞机运行中，通过成熟的FASERν探测器，将观测到大约2万个对撞机中微子相互作用。

在大型强子对撞机中产生并在FASERν 先导探测器中相互作用的两个候选中微子事件。中微子从左侧进入探测器，并与探测器材料相互作用，产生若干带电粒子。每个事件中的不同线显示了这些带电粒子的轨迹，它们起源于中微子相互作用点。(图片:fas /欧洲核子研究中心)