大型强子对撞机（LHC）刚刚完成了粒子物理学的一个重大里程碑。候选中微子不仅在大型强子对撞机中第一次被探测探测到，而且在任何粒子对撞机中也被探测到。用中微子子探测器FASERnu探测到的6个中微子相互作用，不仅证明了这项技术的可行性，而且为研究这些神秘的幽灵粒子，尤其是高能量粒子，开辟了一条新的途径。

美国加州大学欧文分校的物理学家乔纳森·冯说：“在这个项目之前，在粒子对撞机中还没有发现中微子的迹象。”他是FASER合作项目的共同领导人，“这一重大突破是朝着深入了解这些难以捉摸的粒子及其在宇宙中扮演的角色迈出的重要一步。”

中微子实际上无处不在。它们是宇宙中数量最多的亚原子粒子之一；但它们不带电荷，质量几乎为零，所以，尽管它们以近乎光速的速度在宇宙中穿梭，但它们几乎不与宇宙发生任何相互作用。现在有数十亿的东西在你体内流动。但对于中微子来说，宇宙的其余部分基本上是无形的，这就是为什么它们也被称为“幽灵粒子”的原因。

不过，虽然它们很少相互作用，但这并不等于从不作用。例如，南极洲的IceCube、日本的Super-Kamiokande和伊利诺斯州费米实验室的MiniBooNE等探测器，主要使用灵敏的光电探测器阵列，用来捕捉在完全黑暗的环境中中微子与其他粒子相互作用时产生的光簇。

物理学家捕捉到宇宙中神秘的幽灵粒子，或能加强我们对宇宙的理解。但很长一段时间以来，科学家们也想研究粒子对撞机产生的中微子。这是因为对撞机产生的中微子主要来自于强子的衰变，它们产生的能量非常高，但还没有得到很好的研究。探测对撞机中微子提供了在其他地方很少看到的中微子能量和类型。

FASERnu是一种粒子对撞机，铅板、钨板和乳化液层交替进行：在LHC的粒子实验中，中微子可以与铅板和钨板上的原子核碰撞，产生的粒子在乳化液层上留下痕迹，有点像电离辐射在云室中留下痕迹。

科学家兴奋不已：物理学家通过对撞机捕捉到宇宙中神秘的幽灵粒子。这些底片需要像照相胶片一样冲洗。然后，物理学家可以分析粒子轨迹，找出是什么产生了它们；以及确定它是否是中微子，以及中微子的“味道”或类型是什么。中微子有三种“口味”——电子、介子和中微子——以及它们的反中微子对应物。

在2018年进行的FASERnu试验中，在乳液层中记录了6个候选中微子相互作用。考虑到大型强子对撞机在运行过程中产生了多少粒子，这看起来可能并不多，但它为这次合作提供了两条至关重要的信息。

物理学家乔纳森·冯表示：“首先，它证实了大型强子对撞机ATLAS相互作用点的前方位置是探测对撞机中微子的正确位置。其次，我们的努力证明了使用乳胶探测器观察这类中微子相互作用的有效性。”

这是一个相对较小的装置，大约29公斤（64磅），该团队目前正在研究完整的版本，大约1100公斤（超过2400磅）。这个仪器将会更加灵敏，并且可以让研究人员区分中微子口味和反中微子口味。

他们预计，大型强子对撞机的第三次观测运行将产生2000亿个电子中微子、6万亿μ中微子和90亿个中微子，以及它们的反中微子。迄今为止，我们总共只探测到大约10个中微子，这将是一个相当大的问题。

这一合作还盯上了更难以捉摸的猎物。他们把希望寄托在对暗光子的探测上，虽然目前这只是一种假设，但它可能有助于揭示暗物质的本质。暗物质是构成宇宙大部分物质的一种神秘的、直接无法探测到的质量。

但是，中微子的探测本身就是加强我们对宇宙基本组成部分的理解的一个巨大的令人兴奋的进步。美国加州大学欧文分校的物理学家和天文学家大卫·卡斯珀指出：“考虑到我们的新探测器的力量，以及它在欧洲核子研究中心的主要位置，我们预计在下一次LHC运行中，从2022年开始，能够记录超过10000个中微子的相互作用。我们将探测到有史以来由人造源产生的最高能量的中微子。”该团队的研究发表在《物理评论D》杂志上。