微中子因不與其他粒子互動而被稱為「幽靈粒子」,過去我們只能搜索來自太陽的低能微中子,現在,科學家證實第一次從全新來源:大型強子對撞機發現高能微中子,除了為粒子天體物理學畫下嶄新一頁,也代表粒子對撞機的潛力被開發到極致。
微中子是宇宙最豐富的亞原子粒子之一,僅次於光子,但它們非常微小、不帶電荷、質量接近零,還幾乎不與其他粒子相互作用,因此儘管微中子通常於劇烈環境產生(恆星內部核融合、超新星爆炸、黑洞等),日常生活也不會注意到它們,比如現在正有數千億個微中子流過你的身體卻無從所知。
與其他輻射源隔離的地下探測器如:南極洲 IceCube、日本 Super-Kamiokande、費米實驗室 MiniBooNE,雖然可發現太陽產生的低能微中子與其他粒子碰撞產生之微弱光爆發,但超新星爆炸產生的高能微中子對我們來說仍是個謎,因此物理學家長期以來,一直在尋找透過粒子對撞機環境產生的高能微中子。
FASER 實驗(Forward Search Experiment)是大型強子對撞機(LHC)旗下 8 個粒子物理實驗之一,旨在尋找尚未發現的光弱相互作用粒子,工作方式類似底片攝影,探測器由鉛板和鎢板組成並藉一層乳膠隔開,當微中子撞擊鎢板中的原子核並產生其他粒子流過乳膠時,留下的痕跡便會 「顯影」,而科學家需要像洗照片一樣沖洗這些金屬板來分析粒子軌跡。
2021 年底,大型強子對撞機數據已初步確定微中子與其他粒子相互作用的特徵,加州大學爾灣分校(UC Irvine)團隊花了 1 年多時間收集更多數據後,現在宣布它們是真的!
新的探測結果將有助於解釋恆星如何燃燒爆炸,宇宙高能微中子相互作用如何引發太空其他粒子產生、探討高能微中子誕生的環境。
FASER 尚未發現其他暗物質跡象,但隨著大型強子對撞機即將展開新一輪粒子碰撞實驗,探測器隨時準備記錄任何跡象。
研究成果於第 57 屆 Rencontres de Moriond Electroweak Interactions and Unified Theories 會議發表。