Jagt efter milliladede partikler ved LHC

LHC-familien af ​​eksperimenter fortsætter med at vokse. Ved siden af ​​de fire hovedeksperimenter bidrager en ny generation af mindre eksperimenter til søgningen efter partikler forudsagt af teorier ud over Standardmodellen, vores nuværende teori om partikelfysik.

For nylig er FORMOSA-demonstratoren, der jager milliladede partikler, blevet installeret i hulen, der indeholder FASER-detektoren, 480 meter nedstrøms fra ATLAS-interaktionspunktet. Den vil nu indsamle sine første data.

Nogle teorier forudsiger eksistensen af ​​milliladede elementarpartikler, der ville have en ladning meget mindre end elektronladningen. Hvis de eksisterer, ville de give spor til en teori ud over standardmodellen og kunne betragtes som kandidater til mørkt stof.

FORMOSA-demonstratoren har til formål at bevise gennemførligheden af ​​det fulde eksperiment, som er beregnet til at blive installeret i en foreslået underjordisk hal placeret omkring 620 meter væk fra ATLAS-interaktionspunktet.

Dette eksperimentelle område – Forward Physics Facility – er under undersøgelse inden for Physics Beyond Colliders-initiativet og forventes at være vært for adskillige eksperimenter, der vil søge efter langlivede partikler forudsagt af teorier ud over standardmodellen.

Disse partikler ville blive produceret ved kollisioner i midten af ​​ATLAS-detektoren og ville interagere svagt med standardmodel-partikler. Hvis de bliver godkendt, kan eksperimenterne, blandt dem de foreslåede FASERν 2- og FLARE-eksperimenter, begynde at tage data, når High-Luminosity LHC tændes i 2029.

FORMOSA demonstratoren omfatter scintillatorer. Når scintillatorerne interagerer med en ladet partikel, udsender fotoner, der efterfølgende omdannes til et elektrisk signal. Mens kosmiske myoner eller dem fra ATLAS-kollisioner også kan ramme scintillatorerne, afsætter milliladede partikler typisk meget mindre energi i hvert lag, hvilket adskiller dem fra myoner, der krydser detektoren.

"Indledende undersøgelser med såkaldte no-beam data og kildetest ser allerede lovende ud. Dette markerer et vigtigt skridt i retning af at nå målet om at køre demonstratoren i år og en stor demonstration af samarbejdsånden i projekterne inden for Forward Physics Facility, " siger projektleder Matthew Citron fra University of California, Davis.

Milliladede partikler er blevet et særligt fokus for forskning i de senere år. MilliQan-detektoren, der er placeret 33 meter væk fra CMS-interaktionspunktet, samt MoEDAL-MAPP tæt på LHCb, startede dataoptagelse under LHC Run 3.

I 2020, en undersøgelse udført med en mindre demonstrator, MilliQan havde udelukket eksistensen af ​​milliladede partikler for en række masser og ladninger. Takket være et højere detektionsvolumen og dets placering i den langt fremmede region af LHC-kollisioner, håber FORMOSA-eksperimentet at udvide denne søgning.

Leveret af CERN