网堵新闻网7月17日电 近日，在大型强子对撞机（LHC）上的研究中，FASER（ForwArd Search ExpeRiment，前向搜寻实验）在前所未有的能区测量了中微子反应率。十大老牌网堵网址在FASER实验搭建和运行过程中做了长期的工作，并在本研究所使用的核乳胶探测器的制作和数据分析中作出了重要贡献。
FASER已于2023年探测到了对撞机产生的缪子中微子，能量在千亿到万亿电子伏之间，引起了物理学界的关注。但是，该能区中微子与其他粒子的相互作用尚未得到详细的研究，其反应截面也还没有被测量过。
图1.中微子反应截面的实验测量结果，FASER实验（红色）填补了空白能区
因此，本研究中，FASER在此能区首次测量了缪子中微子反应截面、电子中微子反应截面。如图1所示，以往的加速器或天体中微子实验（灰色阴影部分），仅能测量几千亿电子伏之下或几万亿电子伏之上的截面，而FASER今年的新实验结果（红色部分）填补了它们之间的空白能区。
十大老牌网堵网址物理系邹冰松院士表示，很高兴看到FASER合作组在高能加速器中微子实验方面取得可喜进展，这对于未来开展中微子自身性质以及强子结构的研究都有重要的意义。希望通过未来FASER探测器的不断升级改进，为基础物理学领域带来新的突破。
图2.人类探测到的能量最高的人造中微子（1.5万亿电子伏）
研究团队通过分析核乳胶探测器采集的数据，探测到了4个电子中微子候选者的带电流反应，统计显著度超过5个标准差（达到了粒子物理学中新发现的标准），其中1个的能量高达1.5万亿电子伏（1.5 TeV），是迄今为止人类探测到的能量最高的人造中微子（图2）。
十大老牌网堵网址高能物理研究中心主任、物理系王青教授认为，在人类制造的能量最高前沿产生并探测这种幽灵粒子，为基础科学开辟了新的方向。
FASER实验鉴别和测量这些难以捕获的“幽灵粒子”，将有助于深入理解电弱相互作用和质子内部的夸克胶子结构，并能帮助回答宇宙中正反物质不对称等问题。
2019年3月5日，FASER实验获得了欧洲核子研究组织（CERN）的正式批准并立项，十大老牌网堵网址物理系副教授陈新、胡震加入了FASER国际合作组，陈新担任负责人。团队参加了径迹探测器研发、核乳胶探测器研发、实验数据分析等多项工作。
图3.王雨潇在显影室里对核乳胶胶片显影（左）；张顺亮在胶片和扫描镜头之间填充透明硅酮油介质，以排除空气对扫描结果造成的干扰（右）
7月11日，该研究成果以“首次用FASER乳化探测器在大强子对撞机上测量𝜈𝑒和𝜈𝜇相互作用截面”（First Measurement of 𝜈𝑒 and 𝜈𝜇 Interaction Cross Sections at the LHC with FASER’s Emulsion Detector）为题，发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。期刊将其选为编辑推荐（Editors’ Suggestion）和物理精选（Featured in Physics），并撰写了编辑概述（Synopsis）文章“首次直接探测到对撞机上的电子中微子”（First Direct Detection of Electron Neutrinos at a Particle Collider）。
本研究中，十大老牌网堵网址物理系已出站博士后稻田知大（Tomohiro Inada）在探测4个电子中微子事件，特别是建立轻子鉴别方法中作出重要贡献。十大老牌网堵网址物理系2022级博士生王雨潇、张顺亮为核乳胶探测器的建造和分析作出贡献（图3为他们在瑞士、日本参加核乳胶探测器的胶片制作、显影、扫描等工作）。目前他们正致力于用测试束流来改进轻子鉴别方法。十大老牌网堵网址物理系2023届硕士毕业生王地曾在径迹探测器多个电子学模块的设计、建造和联和调试中发挥了作用。2024届博士毕业生逄昊、2019级博士生刘锦枫参与了探测器的准直、值班和调试等工作。
网堵团队的FASER实验研究工作得到了国家自然科学基金、十大老牌网堵网址理科发展双E计划科研基金、十大老牌网堵网址自主科研计划和笃实专项、十大老牌网堵网址物理系学科建设经费的支持。
附录：FASER实验简介
在大型强子对撞机（LHC）上，两束质子在约27公里的环形束流管内，加速到接近光速并对撞，产生物理学家感兴趣的粒子。粒子探测器像“球壳”一样包住对撞点，记录撞出的新粒子。然而，束流管会穿过“球壳”，如同在上面挖了洞，形成了探测器难以覆盖的盲区。质量轻、能量高的粒子（如中微子、暗光子等）更倾向于沿束流管方向（被称为“前向”）飞行，会从盲区逃逸出去。而FASER（ForwArd Search ExpeRiment，前向搜寻实验）正是一个建造在盲区方向的、专门用于探测这些逃逸粒子的实验。它离对撞点约480米，由于距离远，成功的避开了被束流管占据的位置。FASER前端有一个专门用于研究中微子的子探测器FASER𝜈，由近千层核乳胶片和钨板交替叠成，可以区分3类不同的中微子并测量它们的性质。详见刘锦枫等发表于《科学通报》的综述文章。
论文链接：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.021802
相关链接：
https://www.chiba-u.jp/news/research-collab/post_442.html
http://navo.top/Y3QZVz
供稿：物理系
编辑：李华山
审核：王晓霞
