CERN godkender jagten på nye kosmiske partikler ved Large Hadron Collider

CERNs forskningsråd har godkendt fremadsøgningseksperimentet, giver grønt lys til forsamlingen, installation og brug af et instrument, der vil lede efter nye fundamentale partikler ved Large Hadron Collider i Genève, Schweiz.

Iværksat af fysikere ved University of California, Irvine, det femårige FASER-projekt er finansieret af tilskud på $1 million hver fra Heising-Simons Foundation og Simons Foundation - med yderligere støtte fra CERN, den europæiske organisation for nuklear forskning.

FASERs fokus er at finde lys, ekstremt svagt interagerende partikler, der hidtil har unddraget sig videnskabsmænd, selv i højenergieksperimenterne udført på det CERN-drevne LHC, den største partikelaccelerator i verden.

"For syv år siden, forskere opdagede Higgs-bosonen ved Large Hadron Collider, afslutte et kapitel i vores søgen efter universets grundlæggende byggesten, men nu leder vi efter nye partikler, " sagde FASER-medleder Jonathan Feng, UCI professor i fysik og astronomi. "Problemet med mørkt stof viser, at vi ikke ved, hvad det meste af universet er lavet af, så vi er sikre på, at der er nye partikler derude."

Feng, en teoretisk fysiker, vil få selskab af CERN-samarbejdspartnere samt andre forskere fra forskningsinstitutioner i Europa, Kina, Japan og USA. FASER-teamet vil bestå af 30 til 40 medlemmer, relativt lille sammenlignet med andre grupper, der udfører eksperimenter på LHC.

FASER-instrumentet er også kompakt, måler omkring 1 meter i diameter og 5 meter lang. Det vil blive placeret på et bestemt punkt langs den 16-mile sløjfe af LHC, omkring 480 meter (1, 574 fod) væk fra den hulking, seks-etagers instrument brugt af ATLAS Collaboration til at opdage Higgs boson.

Når protonstråler passerer gennem interaktionspunktet ved ATLAS-instrumentet, de kan skabe nye partikler, der vil gå gennem beton i LHC-tunnelen og derefter ind i FASER-instrumentet, som vil spore og måle udviklingen af ​​deres forfald. FASER vil indsamle data, når som helst ATLAS er i drift.

"En af fordelene ved vores design er, at vi har været i stand til at låne mange af komponenterne i FASER – siliciumdetektorer, kalorimetre og elektronik – fra ATLAS- og LHCb-samarbejdet, " sagde Jamie Boyd, CERN-forsker og medtalsmand for projektet. "Det giver os mulighed for at samle et instrument, der koster næsten hundredvis af gange mindre end de største eksperimenter på LHC."

En anden fordel er FASERs hurtige byggeplan. Ifølge FASER eksperimentel fysiker Dave Casper, UCI lektor i fysik og astronomi, kandidatstuderende, der slutter sig til holdet nu, vil være i stand til at deltage i eksperimentets komplette livscyklus – fra montering og installation til indsamling af data og rapportering om resultater – noget forskere på større LHC-projekter, hvoraf nogle tog årtier at designe og bygge, kun kunne drømme om.

FASER-detektoren, som vil være et af kun otte forskningsinstrumenter på LHC, bygges og installeres i kolliderens nuværende pause og vil indsamle data fra 2021 til 2023. LHC'en vil blive lukket ned igen fra 2024 til 2026. I løbet af den tid, teamet håber at installere den større FASER 2-detektor, som vil være i stand til at afsløre en endnu bredere vifte af mystiske, skjulte partikler.

Dette forskningsområde har stærke forbindelser til tidligere UCI-indsats. Det stiftende fakultetsmedlem Frederick Reines vandt Nobelprisen i 1995 for sin fælles opdagelse af neutrinoer i 1956.

"På en eller anden måde vi følger den tradition ved at lede efter ekstremt svagt interagerende lyspartikler, ligesom neutrinoen, " sagde Feng. "Vi ved nu, at neutrinoer udgør en del af universet, men langt mindre end 1 procent af det mørke stof. Vi prøver at finde ud af, hvad resten består af."