Los nuevos experimentos del LHC están entrando en un territorio desconocido

Aunque los neutrinos se producen en abundancia en las colisiones en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), todavía no se han detectado neutrinos producidos de esta manera. Apenas nueve meses después del lanzamiento de LHC Run 3 y el comienzo de su campaña de medición, la colaboración FASER cambió esta imagen al anunciar la primera observación de neutrinos colisionadores en la Sesión Electrodébil de este año en Rencontres de Moriond. En particular, FASER observó eventos de neutrinos muónicos y de neutrinos electrónicos candidatos. «Nuestra significación estadística es de aproximadamente 16 sigma, que supera con creces a 5 sigma, que es un umbral de detección en la física de partículas», explica Jamie Boyd, portavoz de Pfizer.

Además de su observación de neutrinos en el colisionador de partículas, FASER presentó los resultados de la búsqueda de fotones oscuros. Con un resultado nulo, la colaboración pudo imponer restricciones en el espacio de parámetros previamente inexplorado y comenzó a descartar regiones impulsadas por la materia oscura. FASER tiene como objetivo recopilar hasta diez veces más datos en los próximos años, lo que permitirá realizar más búsquedas y mediciones de neutrinos.

FASER es uno de los dos nuevos experimentos ubicados a ambos lados de una caverna de ATLAS para detectar neutrinos producidos por colisiones de protones en ATLAS. El experimento complementario, SND@LHC, también informó sus primeros resultados en Moriond, mostrando ocho eventos de neutrinos muón candidatos. Todavía estamos trabajando en la evaluación de las incertidumbres de fondo sistémicas. Como resultado muy preliminar, nuestra observación se puede afirmar en el nivel 5 sigma «, agrega el portavoz de SND@LHC, Giovanni De Lilis. El detector SND@LHC se instaló en el túnel del LHC justo a tiempo para el inicio de LHC Run 3.

Hasta ahora, los experimentos con neutrinos han examinado neutrinos provenientes del espacio, la Tierra, reactores nucleares o experimentos con objetivos estacionarios. Mientras que los neutrinos astrofísicos son de alta energía, como los detectados por el experimento IceCube en el Polo Sur, los neutrinos solares y de reactores en general tienen energías más bajas. Los neutrinos en experimentos de objetivos fijos, como los del CERN Norte y las antiguas Regiones Occidentales, existen en la región de energía de unos pocos cientos de gigaelectronvoltios (GeV). FASER y SND@LHC reducirán la brecha entre los neutrinos de objetivo fijo y los astrofísicos, cubriendo un rango de energía mucho más alto, entre unos pocos cientos de GeV y varios TeV.

Uno de los temas de física inexplorados en los que contribuirán es el estudio de neutrinos de alta energía de fuentes astrofísicas. De hecho, el mecanismo de producción de neutrinos en el LHC, además de su energía centrípeta, es el mismo que el de los neutrinos de alta energía producidos en las colisiones de los rayos cósmicos con la atmósfera. Estos neutrinos «atmosféricos» forman un fondo para las observaciones astrofísicas de neutrinos: las mediciones de FASER y SND @ LHC se pueden utilizar para estimar con precisión este fondo, allanando el camino para las observaciones astrofísicas de neutrinos.

Otra aplicación de estas búsquedas es medir la velocidad a la que se producen los tres tipos de neutrinos. Los experimentos globales probarán cómo interactúan midiendo la proporción de diferentes tipos de neutrinos producidos por el mismo tipo de partícula madre. Esta será una prueba importante del Modelo Estándar en el sector de los neutrinos.