Планируется, что FASER ( ForwArd Search ExpeRiment ) станет одним из восьми экспериментов по физике элементарных частиц на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН . Он предназначен как для поиска новых легких и слабосвязанных элементарных частиц , так и для изучения взаимодействия нейтрино высоких энергий . [1]
LHC эксперименты | |
---|---|
АТЛАС | Аппарат с тороидальным LHC |
CMS | Компактный мюонный соленоид |
LHCb | БАК-красота |
Алиса | Эксперимент на большом ионном коллайдере |
ТОТЕМ | Полное сечение, упругое рассеяние и дифракционная диссоциация. |
LHCf | LHC-вперед |
MoEDAL | Детектор монополей и экзотики на LHC |
ФАЗЕР | Эксперимент ForwArd Search |
Предускорители LHC | |
p и Pb | Линейные ускорители для протонов (линейный ускоритель 4) и свинца (ЛУ 3) |
(не отмечен) | Протонный синхротронный ускоритель |
PS | Протонный синхротрон |
СПС | Супер протонный синхротрон |
Эксперимент установлен в служебном туннеле TI12, который находится в 480 м ниже по потоку от точки взаимодействия, используемой в эксперименте ATLAS . [2] Этот туннель ранее использовался для ввода пучка от SPS в ускоритель LEP . В этом месте эксперимент FASER помещается в интенсивный и сильно коллимированный пучок как нейтрино, так и возможных новых частиц. Кроме того, он защищен от ATLAS примерно 100-метровой каменной кладкой и бетоном, что обеспечивает низкий фон. Эксперимент FASER был одобрен в 2019 году, и сбор данных начнется во время третьего прогона LHC, начиная с 2022 года. [2] [3] [4]
Новые поиски физики
Основная цель эксперимента FASER - поиск новых легких и слабо взаимодействующих частиц, которые еще не были обнаружены, таких как темные фотоны , аксионоподобные частицы и стерильные нейтрино . [5] [6] Если эти частицы достаточно легкие, они могут образовываться в редких распадах адронов . Таким образом, такие частицы будут преимущественно образовываться в прямом направлении вдоль оси столкновения, образуя сильно коллимированный пучок, и могут унаследовать большую часть энергии пучка протонов LHC. Кроме того, из-за их небольшого взаимодействия с частицами стандартной модели и больших бустеров эти частицы являются долгоживущими и могут легко перемещаться на сотни метров без взаимодействия, прежде чем они распадутся на частицы стандартной модели. Эти распады приводят к впечатляющему сигналу - появлению высокоэнергетических частиц, которые FASER стремится обнаружить.
Физика нейтрино
LHC - коллайдер частиц с самой высокой энергией, созданный до сих пор, и, следовательно, также источник наиболее энергичных нейтрино, созданных в контролируемой лабораторной среде. Коллизии на LHC приводит к большому потоку нейтрино высоких энергий всех ароматов , которые высоко коллимированным вокруг оси столкновения луча и потока через местоположение FASER. Выделенный суб-детектор FASERν (FASERnu) предназначен для обнаружения этого нейтрино. [7] Он будет регистрировать и изучать тысячи нейтринных взаимодействий, что позволяет измерять нейтринные сечения при энергиях ТэВ, где они в настоящее время не ограничены.
Детектор
На передней панели FASER находится детектор нейтрино FASERν. Он состоит из множества слоев эмульсионных пленок, чередующихся с вольфрамовыми пластинами в качестве материала мишени для нейтринных взаимодействий. За FASERν и на входе в основной детектор находится вето заряженных частиц, состоящее из пластиковых сцинтилляторов . [8] [9] Затем следует пустой объем распада длиной 1,5 метра и спектрометр длиной 2 метра , которые помещаются в магнитное поле 0,55 Тл . Спектрометр состоит из трех станций слежения, состоящих из слоев прецизионных кремниевых полосовых детекторов , для обнаружения заряженных частиц, образующихся при распаде долгоживущих частиц. В конце расположен электромагнитный калориметр .
Рекомендации
- ^ «Детектор FASER на Большом адронном коллайдере для поиска подсказок о скрытой материи во Вселенной» . UW News . 2019-03-05 . Проверено 11 апреля 2021 года .
- ^ а б «Отчет LS2: рождение FASER» . ЦЕРН . Проверено 25 марта 2021 .
- ^ «ФАЗЕР: ЦЕРН одобряет новый эксперимент по поиску долгоживущих экзотических частиц» . ЦЕРН . Проверено 19 декабря 2019 .
- ^ «Новый детектор FASER ожидается поймать первый коллайдер нейтрино» . ЦЕРН . Проверено 19 декабря 2019 .
- ^ Feng, Jonathan L .; Галон, Ифтах; Клинг, Феликс; Трояновский, Себастьян (05.02.2018). «ФАЗЕР: Эксперимент по поиску вперед на LHC». Physical Review D . 97 (3): 035001. arXiv : 1708.09389 . DOI : 10.1103 / PhysRevD.97.035001 . ISSN 2470-0010 . S2CID 119101090 .
- ^ Ariga et al. (Сотрудничество с FASER) (15.05.2019). «Физические достижения FASER для долгоживущих частиц». Physical Review D . 99 (9): 095011. arXiv : 1811.12522 . Bibcode : 2019PhRvD..99i5011A . DOI : 10.1103 / PhysRevD.99.095011 . ISSN 2470-0010 . S2CID 119103743 .
- ^ Abreu et al. (Коллаборация FASER) (2020). «Обнаружение и изучение нейтрино коллайдера высоких энергий с помощью FASER на LHC». Европейский физический журнал C . 80 (1): 61. arXiv : 1908.02310 . Bibcode : 2020EPJC ... 80 ... 61A . DOI : 10.1140 / epjc / s10052-020-7631-5 . S2CID 199472668 .
- ^ Ariga et al. (Сотрудничество с FASER) (26 ноября 2018 г.). «Письмо о намерениях для FASER: экспериментальный поиск на LHC». arXiv : 1811.10243 [ Physics.ins -det ].
- ^ Ariga et al. (Сотрудничество с FASER) (21 декабря 2018 г.). «Техническое предложение для FASER: эксперимент по поиску вперед на LHC». arXiv : 1812.09139 [ Physics.ins -det ].
Внешние ссылки
- Официальный сайт FASER
Координаты : 46 ° 14′09 ″ с.ш., 6 ° 03′18 ″ в.д. / 46,23583 ° с. Ш. 6,05500 ° в. / 46.23583; 6,05500