Högenergineutriner är extremt sällsynta partiklar som hittills visat sig vara mycket svåra att upptäcka. Fluxer av dessa sällsynta partiklar upptäcktes först av IceCube Collaboration redan 2013.
De senaste artiklarna i Physical Review D och The Astrophysical Journal Letters fann att närliggande supernovor, särskilt galaktiska sådana, skulle vara lovande källor till högenergineutriner. Detta har inspirerat nya studier som undersöker möjligheten att detektera neutriner som härrör från dessa källor med hjälp av detektorer för stora partikelkolliderar, såsom ATLAS-detektorn vid CERN.
Forskare vid Harvard University, University of Nevada och Pennsylvania State University visade nyligen att ATLAS-detektorn kan mäta flödet av supernovaneutriner med hög energi. Deras nya artikel, publicerad i Physical Review Letters , skulle kunna inspirera framtida ansträngningar som syftar till att detektera flöden av högenergineutriner.
"Carlos A. Argüelles, Ali Kheirandish och jag träffade varandra på KITP-verkstaden i Santa Barbara och kom på att supernovaneutriner med hög energi är lovande mål för inte bara stora neutrinodetektorer utan även partikelfysikdetektorer," Kohta Murase, co. -författare till tidningen, berättade för Phys.org. "Collider-detektorer som ATLAS of LHC kan vara mycket bättre än neutrinodetektorer som IceCube för att studera neutrinos egenskaper (smaker, antineutrinos, ny fysik etc.)."
Neutrinonukleontvärsnitten, massan av ATLAS och det förväntade flödet av neutriner från en given supernova som funktion av tiden var redan kända. Genom att betrakta en integrerad del av dessa kända kvantiteter tillsammans kunde Murase och hans kollegor uppskatta antalet neutriner som direkt skulle interagera i ATLAS-detektorn.
"Vi tog också hänsyn till neutriner som interagerar i jorden utanför detektorn och producerar en myon som kunde detekteras i detektorn," sa Alex Y. Wen, medförfattare till tidningen. "Vi använde en programvara som heter LeptonInjector, som modellerade sådana händelser med hänsyn till neutrinoflödet, detektorgeometrin och så vidare. Dessa beräkningar gav oss det uppskattade antalet neutrinosignalhändelser för en given supernova.
"Därifrån, baserat på vad vi visste om ATLAS hårdvarukapacitet, visade vi att den kunde skilja dessa signaler från bakgrunden och återställa viktig information om neutrinon, såsom dess laddning och smak."
Baserat på sina beräkningar drog Murase, Wen och deras kollegor slutsatsen att även med begränsad statistik borde ATLAS-detektorn vid CERNs Large Hadron Collider (LHC) kunna karakterisera smaken av neutriner. Dessutom bör detektorn kunna skilja mellan neutriner och antineutriner.
"Många tidigare studier på astrofysiska neutriner med hög energi förlitade sig på detektorer med stor volym som använde vatten eller is (som Super-Kamiokande och IceCube)," sa Murase. "Detta arbete visar att stora partikeldetektorer i kolliderexperiment, som ATLAS och CMS, som har mycket bättre energi- och vinkelupplösning och partikelidentifieringsförmåga, fungerar som unika astrofysiska neutrinodetektorer. Detta är kraftfullt och kompletterar det konventionella tillvägagångssättet."
Denna senaste artikel belyser potentialen hos kolliderdetektorerna ATLAS och CMS för att upptäcka högenergineutriner som kommer från galaktiska supernovor i framtiden. I framtiden kan det således inspirera ATLAS- och CMS-samarbetet att initiera sökningar efter galaktiska supernovor med hög energi neutriner, vilket potentiellt kan hjälpa till att samla in ny insikt om dessa sällsynta partiklar endast med ett begränsat antal neutriner.
"Vårt arbete lägger till ATLAS och liknande tätt instrumenterade experiment till ett nätverk av experiment som övervakar himlen på jakt efter nästa galaktiska supernovor," sa Carlos Argüelles-Delgado, en annan forskare som är involverad i studien. "Det är väldigt spännande för mig att tänka på forskare inom ett brett spektrum av experimentell högenergifysik från MeV till TeV-energier som undersöker detta."
Murase, Wen och deras medarbetare planerar att fortsätta utforska denna nyligen identifierade forskningsväg. I sina nästa arbeten skulle de till exempel vilja fokusera på hur andra kolliderdetektorer kan bidra till observation av högenergineutriner.
"I våra framtida studier kan det vara intressant att överväga utsikterna för andra kolliderdetektorer och implikationer för fysiken utöver standardmodellen," tillade Murase.
Mer information: Alex Y. Wen et al, Detecting High-Energy Neutrinos from Galactic Supernovae with ATLAS, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.061001
Journalinformation: Fysisk granskning D , Astrophysical Journal Letters , Fysiska granskningsbrev
© 2024 Science X Network
