Эксперимент FASER будет изучать частицы, взаимодействующие с темной материей
Эксперимент FASER будет готов собирать данные о столкновениях на Большом адронном коллайдере, когда они возобновятся весной 2022 года
Новейший эксперимент в ЦЕРНе, Европейской организации ядерных исследований, сейчас проводится на Большом адронном коллайдере (БАК) в Женеве. Эксперимент FASER или Forward Search Experiment был одобрен исследовательским советом ЦЕРН в марте 2019 года. Этот эксперимент, который теперь установлен в туннеле LHC, пытается понять частицы, которые, по мнению ученых, могут взаимодействовать с темной материей, проходит испытания до начала сбора данных в следующем году.
«Это важная веха для эксперимента», — сказал Ши-Чи Хсу, ученый FASER и доцент кафедры физики Вашингтонского университета. «FASER будет готов собирать данные о столкновениях на Большом адронном коллайдере, когда они возобновятся весной 2022 года».
FASER предназначен для изучения взаимодействия нейтрино высоких энергий и поиска новых, еще не открытых, легких и слабо взаимодействующих частиц, которые, по мнению некоторых ученых, взаимодействуют с темной материей.
В отличие от видимой материи, которая составляет наш мир, большая часть материи во Вселенной — около 85% — состоит из темной материи. Изучение легких и слабовзаимодействующих частиц может помочь разгадать природу темной материи и другие давние загадки, такие как происхождение масс нейтрино.
Исследователи считают, что столкновения на БАК производят легкие и слабо взаимодействующие частицы, которые эксперимент FASER может обнаружить. Это могут быть долгоживущие частицы, перемещающиеся на сотни метров, прежде чем они распадутся на другие частицы, которые FASER будет измерять.
Эксперимент FASER проводится в неиспользуемом служебном туннеле вдоль оси столкновения пучков, всего в 480 метрах от шестиэтажного детектора ATLAS на БАК. Эта близость ставит FASER в оптимальное положение для обнаружения продуктов распада легких и слабо взаимодействующих частиц.
Детектор FASER имеет длину 5 метров и у его входа находятся две сцинтилляционные станции. Станции будут устранять фоновые помехи от заряженных частиц, проходящих через стену тоннеля из точки взаимодействия ATLAS. Далее идет дипольный магнит длиной 1,5 метра. За ним следует спектрометр, состоящий из двух дипольных магнитов, каждый длиной 1 метр, с тремя станциями слежения, двумя на каждом конце и одним между магнитами. Каждая станция слежения состоит из слоев прецизионных кремниевых полосовых детекторов. Сцинтилляционные станции для запуска и точного измерения времени расположены на входе и выходе из спектрометра.
Последний компонент — электромагнитный калориметр. Это позволит идентифицировать электроны и фотоны высоких энергий и измерить полную электромагнитную энергию. Весь детектор охлаждается до 15°C с помощью независимой станции охлаждения.
У FASER также будет субдетектор под названием FASERν, специально разработанный для обнаружения нейтрино. Нейтрино, произведенные на коллайдере частиц, никогда не были обнаружены, несмотря на то, что коллайдер производит их в огромных количествах и при высоких энергиях.
FASERν состоит из эмульсионных пленок и вольфрамовых пластин, которые действуют как мишень и как детектор, чтобы увидеть взаимодействия нейтрино. FASERν должен быть готов к установке к концу года. Весь эксперимент начнется с сбора данных во время третьего прогона БАК, начиная с 2022 года.
Больше информации: faser.web.cern