FASER эксперимент - FASER experiment

Большой адронный коллайдер
(БАК)
LHC.svg
LHC эксперименты
АТЛАСАппарат тороидального LHC
CMSКомпактный мюонный соленоид
LHCbБАК-красота
АлисаЭксперимент на большом ионном коллайдере
ТОТЕМПолное сечение, упругое рассеяние и дифракционная диссоциация.
LHCfLHC-вперед
MoEDALДетектор монополей и экзотики на LHC
ФАЗЕРЭксперимент по поиску ForwArd
Предускорители LHC
p и PbЛинейные ускорители за протоны (Linac 2) и Свинец (Linac 3)
(не отмечен)Протонный синхротронный ускоритель
PSПротонный синхротрон
СПССупер протонный синхротрон

ФАЗЕР (Эксперимент по поиску ForwArd) планируется стать одним из восьми экспериментов по физике элементарных частиц на Большой адронный коллайдер в ЦЕРН. Он предназначен как для поиска нового света, так и для слабосвязанных элементарные частицы, а также изучить взаимодействия высокоэнергетических нейтрино.

Эксперимент планируется разместить в служебном туннеле TI12, который находится в 480 м ниже по потоку от точки взаимодействия, используемой АТЛАС эксперимент. Этот туннель раньше использовался для ввода луча из СПС в LEP ускоритель, но в настоящее время не содержит инфраструктуры LHC. 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 метрами камня и бетона, обеспечивая низкий фон. Эксперимент FASER был одобрен в 2019 году, а сбор данных начнется в 2021 году.[1][2]

Новые поиски физики

Основная цель эксперимента FASER - поиск новых световых и слабо взаимодействующих частиц, которые еще не были обнаружены, таких как темные фотоны, аксион -подобные частицы и стерильные нейтрино.[3][4] Если эти частицы достаточно легкие, они могут образовываться в редких распадах адроны. 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 небольших соединений с стандартная модель частицы и большие бусты, 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 - это коллайдер частиц с самой высокой энергией, созданный до сих пор, и, следовательно, также источник самых энергичных нейтрино, созданных в контролируемой лабораторной среде. Столкновения на LHC приводят к большому потоку нейтрино высоких энергий. ароматы, которые сильно коллимированы вокруг оси столкновения лучей и проходят через точку FASER. Специальный субдетектор FASERν предназначен для обнаружения этих нейтрино.[5] Он будет регистрировать и изучать тысячи взаимодействий нейтрино, что позволяет измерять нейтринные сечения на ТэВ энергии там, где они в настоящее время не ограничены.

Детектор

Схема извещателя FASER

На передней панели FASER находится нейтринный детектор FASERν. Он состоит из множества слоев эмульсия пленки, чередующиеся с вольфрамовыми пластинами, как материал мишени для нейтринных взаимодействий. За FASERν и на входе в основной детектор находится вето заряженных частиц, состоящее из пластика. сцинтилляторы.[6][7] Затем следует пустой объем распада 1,5 метра и 2 метра в длину. спектрометр, которые помещаются в 0,55 Т магнитное поле. Спектрометр состоит из трех станций слежения, состоящих из уровней точности. кремниевые стрип-детекторы, для обнаружения заряженных частиц, образующихся при распаде долгоживущих частиц. В конце находится электромагнитный калориметр.

Рекомендации

  1. ^ «ФАЗЕР: ЦЕРН одобряет новый эксперимент по поиску долгоживущих экзотических частиц». ЦЕРН. Получено 2019-12-19.
  2. ^ «Ожидается, что новый детектор FASER уловит первое нейтрино коллайдера». ЦЕРН. Получено 2019-12-19.
  3. ^ Feng, Jonathan L .; Галон, Ифтах; Клинг, Феликс; Трояновский, Себастьян (05.02.2018). «ФАЗЕР: Эксперимент по поиску вперед на LHC». Физический обзор D. 97 (3): 035001. arXiv:1708.09389. Дои:10.1103 / PhysRevD.97.035001. ISSN  2470-0010.
  4. ^ Арига и др. (Сотрудничество с FASER) (15.05.2019). «Физические достижения FASER для долгоживущих частиц». Физический обзор D. 99 (9): 095011. arXiv:1811.12522. Bibcode:2019PhRvD..99i5011A. Дои:10.1103 / PhysRevD.99.095011. ISSN  2470-0010.
  5. ^ 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. Дои:10.1140 / epjc / s10052-020-7631-5.
  6. ^ Арига и др. (Сотрудничество с FASER) (26 ноября 2018 г.). «Письмо о намерениях для FASER: экспериментальный поиск на БАК». arXiv:1811.10243 [Physics.ins-det ].
  7. ^ Арига и др. (Сотрудничество FASER) (21 декабря 2018 г.). «Техническое предложение для FASER: эксперимент по поиску вперед на LHC». arXiv:1812.09139 [Physics.ins-det ].

внешняя ссылка

Координаты: 46 ° 14′09 ″ с.ш. 6 ° 03′18 ″ в.д. / 46,23583 ° с. Ш. 6,05500 ° в. / 46.23583; 6.05500