探索物理学的黑暗事务：大型强子对撞机进入未知领域

在大型强子对撞机上首次观测到的对撞机中微子为探索新的物理学方案创造了条件。尽管中微子在大型强子对撞机（LHC）的对撞中大量产生，但直到现在还没有检测到以这种方式产生的中微子。

FASER合作组织在其测量活动中首次观测到了在大型强子对撞机（LHC）上产生的中微子，其统计意义超过了粒子物理学中的发现门槛。该观测包括μ介子中微子和电子中微子的候选事件。此外，该合作项目还展示了对暗光子的搜索结果，这使得由暗物质激发的区域被排除在外。FASER旨在收集更多的数据，以便进行更多的搜索和中微子测量。在大型强子对撞机上对质子对撞产生的中微子进行探测，可以促进对来自天体物理源的高能中微子的研究，并检验不同中微子种类的相互作用机制的普遍性。

在大型强子对撞机第3次运行和测量活动开始后的短短9个月内，FASER合作组织改变了这一局面，在今年的莫里昂会议的弱电会议上宣布了它对对撞机中微子的首次观测。特别是，FASER观察到μ介子中微子和电子中微子的候选事件。

FASER的联合发言人杰米-博伊德解释说："我们的统计意义大约是16西格玛，远远超过了5西格玛，这是粒子物理学中发现的门槛。"

除了在粒子对撞机上对中微子的观测外，FASER还展示了对暗光子的搜索结果。通过一个空的结果，该合作项目能够对以前未曾探索过的参数空间设定限制，并开始排除由暗物质激发的区域。FASER的目标是在未来几年内收集多达10倍的数据，以便进行更多的搜索和中微子测量。

FASER和SND@LHC（底部）探测器。资料来源：CERN

FASER是位于ATLAS洞穴两侧的两个新实验之一，用于探测ATLAS中质子对撞产生的中微子。补充实验SND@LHC也在Moriond报告了它的第一个结果，显示了八个μ介子中微子候选事件。"我们仍在努力评估对背景的系统不确定性。作为一个非常初步的结果，我们的观测可以在5西格玛的水平上，"SND@LHC发言人Giovanni De Lellis补充说。SND@LHC探测器被安装在LHC隧道中，正好赶上LHC Run 3运行阶段的开始。

到目前为止，中微子实验只研究来自太空、地球、核反应堆或固定目标实验的中微子。虽然天体物理学的中微子能量很高，比如那些可以被南极的冰立方实验检测到的中微子，但太阳和反应堆的中微子通常能量较低。固定目标实验的中微子，如欧洲核子研究中心北区和前西区的中微子，其能量区域最高为几百千兆电子伏（GeV）。FASER和SND@LHC将缩小固定目标中微子与天体物理中微子之间的差距，覆盖更高的能量范围--几百GeV到几TeV之间。

研究人员正在参与的未探索的物理学课题是研究来自天体物理源的高能中微子。事实上，LHC中微子的产生机制，以及它们的质心能量，与宇宙射线与大气碰撞产生的超高能中微子是一样的。那些"大气层"中微子构成了观测天体物理中微子的背景：FASER和SND@LHC的测量可以用来精确估计该背景，从而为观测天体物理中微子铺平道路。

这些搜索的另一个应用是测量所有三种类型中微子的产生率。这些实验将通过测量由同一类型的母粒子产生的不同中微子种类的比率来检验其相互作用机制的普遍性。这将是对标准模型在中微子领域的一个重要测试。