“Spøgelsespartikler” fanget i LHC for første gang: Åbner for studier af mørkt stof

Det er ikke uden grund, at neutrinoer går under betegnelsen spøgelsespartikler. De har stort set ingen masse, de har ingen elektrisk ladning og de bevæger sig med hastigheder tæt på lysets.

Med andre ord, så er de stort set umulige at opdage, selvom milliarder af dem hvert sekund passerer gennem hver kvadratcentimeter af vores krop dag og nat.

Men da de er overalt, er de også helt fundamentale for at forstå Universet. Derfor har forskerne jagtet måder at tæmme partiklerne, og studerer dem i kontrollerede omgivelser. Og det er i det lys, at den seneste nyhed fra partikelacceleratoren LHC ved CERN i Schweiz er yderst interessant.

Det er nemlig lykkedes forskerne at skabe neutrinoer ved partikelsammenstød og observerer seks neutrinointeraktioner i et slags avanceret fotografiapparat ved navn FASERnu, fremgår det af en artikel i det videnskabelige tidsskrift Physical Review. Seks stykker er jo ikke meget, men antallet er ikke vigtigt på nuværende tidspunkt. FASERnu er nemlig kun et lille apparat på 29 kilogram og alene et slags proof-of-concept, der skal vise, at teknologien virker. Næste skridt er et instrument på lidt over et ton - og med det kan drømmene for alvor få vinger:

»FASER-teamet forbereder nu en række eksperimenter med det endelige instrument, der bliver langt større og langt mere sensitivt,« udtaler en af de ledende forskere i FASER-projektet fysiker og professor Jonathan Feng fra University of California i en pressemeddelelse.

I samme meddelelse lyder det også, at målet med FASER-eksperimentet er at studere mørkt stof, nærmere bestemt mørke fotoner i et forsøg på at forstå, hvordan de interagerer med normale atomer og andet stof i Universet. Og hvis neutrinoer er spøgelsespartikler, så er mørkt stof spøgelsespartikler iført en usynlighedskappe, for de er et rent hypotetisk fænomen, som aldrig er detekteret, men til gengæld bør findes overalt i Universet.

Fanger partikler som lys på en filmstrimmel

Men hvordan virker FASERnu? Jo, der er tale om en såkaldt emulsionsdetektor, som er placeret 480 meter “foran” et centralt punkt ved Atlas-detektoren, hvor partikler bliver bragt til at støde sammen.

FASERnu består af plader af tungsten/wolfram og bly beklædt med en slags film - og den simple forklaring er, at neutrinoerne rammer pladerne i detektoren og efterlader små spor i overfladen meget lig lysmærkerne i en film i et gammelt fotografiapparat, eller måden ioniserende stråling efterlader mærker i et tågekammer.

FASER-teamet består af 76 fysikere fra 21 forskningsinstitutioner i ni lande, og i starten af 2022 vil forskerne forsøge med næste partikelsammenstød, hvor det ventes af detektere omkring 10.000 neutrinoer frem mod 2024.

Den endelige udgave af FASER-detektoren vil være i stand til at bestemme typen af neutrino, og det er planen er at lave partikelsammenstød, der producerer 200 milliarder elektron neutrinoer, samt endnu flere muoner, tauer og antineutrinoer, skriver Sciencealert.

Studierne vil blandt andet give forskerne indsigt i, hvordan neutrinoer bliver skabt i eksploderende stjerner. Indtil videre har det kun været muligt at opfange de partikler i kæmpe tanke under Jorden, såsom IceCube på Sydpolen, Super-Kamiokande i Japan eller MiniBooNE i Fermilab i USA.