Para peneliti, bekerja dengan Center de Physique des Particules de Marseille, telah mengembangkan metode baru untuk mengidentifikasi neutrino menggunakan data dari eksperimen CERN NA62 yang baru-baru ini mengamati peluruhan partikel paling langka yang pernah dicatat.
Fisika partikel mengeksplorasi blok bangunan terkecil dari alam, partikel yang begitu kecil sehingga triliunan mereka melewati kita tanpa disadari setiap detik. Di antara mereka adalah Kaon, partikel -partikel yang terbuat dari quark dan barang antik. Kaons sangat menarik karena mereka mengalami “pembusukan”-suatu proses di mana partikel-partikel yang tidak stabil berubah menjadi yang lebih stabil, mencurahkan energi dalam proses tersebut. Dengan mempelajari peluruhan ini, fisikawan menyelidiki kekuatan mendasar dan menguji model standar, kerangka kerja yang menjelaskan bagaimana partikel dan kekuatan berinteraksi.
Kaons sangat penting dalam “Fisika rasa,” sebuah bidang yang mempelajari bagaimana berbagai jenis, atau “rasa,” dari quark berinteraksi dan berubah. Peluruhan langka, seperti kaon yang berubah menjadi pion dan pasangan neutrino-antineutrino, mengungkapkan detail rumit dari interaksi ini. Pembusukan ini, yang disebut “saluran emas” fisika rasa, terjadi hanya sekali dalam sepuluh miliar peluruhan Kaon. Meskipun demikian, dapat mengungkapkan informasi penting tentang kekuatan yang lemah dan simetri fundamental alam semesta.
Tonggak sejarah: Mengamati Kaon Decay yang jarang
Sejak 2023, EPFL telah memperluas keahlian penelitian fisika untuk meneliti dengan Kaons, menjadi bagian institusi Swiss pertama dari eksperimen CERN NA62. Pada bulan September 2024, NA62 melaporkan pengamatan pertama peluruhan Kaon yang langka, berubah menjadi sepasang neutrino-antineutrino.
Pengamatan adalah hasil dari menganalisis sejumlah besar data eksperimental dari 2016 hingga 2022, dan teknologi canggih untuk mengisolasi pembusukan. Dan sementara hasilnya selaras dengan model fisika standar, tingkat peluruhan 50% lebih tinggi dari yang diperkirakan, mengisyaratkan penemuan potensial di luar fisika saat ini.
Radoslav Marchevski, profesor di Laboratorium Fisika Energi Tinggi EPFL sejak 2023, dan timnya secara signifikan berkontribusi pada analisis data yang mengarah pada pengamatan. “Selama dekade terakhir, kami telah berkontribusi secara substansial, dari menunjukkan kemampuan Na62 untuk mengukur proses ini dan melanjutkan upaya untuk meningkatkan pengukuran hingga mengusulkan modifikasi pengaturan pada tahun 2021 yang meningkatkan sensitivitas,” katanya.
Teknik baru untuk penandaan neutrino
Tetapi kontribusi EPFL tidak berhenti di situ. Untuk meningkatkan kapabilties deteksi dari percobaan NA62, tim Marchevski bekerja dengan Center de Physique des Particules de Marseille (CPPM) untuk memelopori “teknik penandaan neutrino”, sebuah metode yang digunakan untuk mengidentifikasi neutrino dan menghubungkan mereka dengan peristiwa partikel yang menghasilkannya.
Apa itu neutrino? Mereka adalah beberapa partikel yang paling misterius, berinteraksi dengan sangat lemah sehingga miliaran melewati bumi tanpa meninggalkan jejak. Mereka datang dalam tiga “rasa” – elektron, muon, dan tau – sesuai dengan jenis partikel bermuatan yang dikaitkan dengan selama interaksi. Mengidentifikasi rasa neutrino sangat penting untuk mempelajari fenomena seperti osilasi neutrino, di mana neutrino beralih rasa saat mereka bepergian.
Metode baru yang dikembangkan oleh EPFL dan CPPM menggunakan Kaon Decays untuk menandai rasa neutrino berdasarkan peristiwa demi peristiwa, yang belum pernah dilakukan sebelumnya. Ini adalah inovatif karena secara langsung mengikat setiap neutrino dengan partikel induknya, memungkinkan pengukuran presisi sifat neutrino.
“Teknik baru ini memungkinkan kita untuk menandai rasa neutrino karena diproduksi dan secara tepat mengaitkannya dengan interaksi di area aktif detektor kami, sesuatu yang belum pernah dilakukan sebelumnya,” jelas Marchevski. “Ini membuka peluang unik untuk percobaan fisika neutrino di masa depan dengan memberikan resolusi energi yang lebih baik dan penandaan rasa neutrino, yang akan memungkinkan studi presisi sifat neutrino.”
Kedua penemuan itu penting untuk fisika: mengamati peluruhan Kaon yang langka menunjuk pada beberapa ketegangan dengan model standar, dan kemungkinan “fisika baru” – fenomena yang melampaui pemahaman kita saat ini tentang dunia subatomik. Sementara itu, teknik penandaan neutrino dapat mengubah eksperimen di masa depan, menawarkan alat untuk menyelidiki interaksi neutrino dan peran mendasar mereka dalam kosmos.
Marchevski menambahkan: “Dengan EPFL sekarang bagian dari NA62, kami telah membawa Kaon Physics ke Swiss, terkemuka kontribusi utama, termasuk teknik penandaan neutrino baru, dan menampilkan visibilitas EPFL yang berkembang dalam fisika partikel internasional.”
FRS -FNRS (Dana Penelitian Ilmiah – FNRS)
Ini (Konsorsium Peralatan Perhitungan Intensif)
NSERC (Dewan Penelitian Ilmu Pengetahuan Alam dan Teknik)
Meys (Kementerian Pendidikan, Pemuda dan Olahraga)
BMBF (Kementerian Pendidikan dan Penelitian Federal)
Infn (Institut Nasional Fisika Nuklir)
MIUR (Kementerian Pendidikan, Universitas dan Penelitian)
Conacyt (Dewan Sains dan Teknologi Nasional)
IFA (Institute of Atomic Physics)
Mesrs (Kementerian Pendidikan, Sains, Penelitian dan Olahraga)
CERN (Organisasi Eropa untuk Penelitian Nuklir)
STFC (Dewan Fasilitas Sains dan Teknologi)
NSF (National Science Foundation)
ERC (Dewan Penelitian Eropa)
UE Horizon 2020
Universitas Charles
Yayasan Sains Ceko
Masyarakat Kerajaan
ANR (Badan Penelitian Nasional)
ANR-19-CE31-0009
Referensi
Kolaborasi NA62. Pengamatan K+-?+ Peluruhan dan pengukuran rasio percabangannya. Jurnal Fisika Energi Tinggi 27 Februari 2025. DOI: 10.1007/JHEP02 (2025) 191
Kolaborasi NA62. Deteksi pertama neutrino yang ditandai dalam percobaan NA62. Surat Fisika B 863: 139345. Doi: 10.1016/j.physletb.2025.139345
