De onderzoeksraad van CERN heeft het Forward Search Experiment goedgekeurd, groen licht geven aan de vergadering, installatie en gebruik van een instrument dat op zoek gaat naar nieuwe fundamentele deeltjes bij de Large Hadron Collider in Genève, Zwitserland.

Geïnitieerd door natuurkundigen van de Universiteit van Californië, Irvine, het vijfjarige FASER-project wordt gefinancierd door subsidies van elk $ 1 miljoen van de Heising-Simons Foundation en de Simons Foundation - met aanvullende steun van CERN, de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek.

FASER richt zich op het vinden van licht, extreem zwak interagerende deeltjes die tot nu toe aan wetenschappers zijn ontgaan, zelfs in de hoge-energie-experimenten die werden uitgevoerd in de door CERN bediende LHC, de grootste deeltjesversneller ter wereld.

"Zeven jaar geleden, wetenschappers ontdekten het Higgs-deeltje bij de Large Hadron Collider, het voltooien van een hoofdstuk in onze zoektocht naar de fundamentele bouwstenen van het universum, maar nu zijn we op zoek naar nieuwe deeltjes, " zei FASER co-leider Jonathan Feng, UCI-hoogleraar natuurkunde en sterrenkunde. "Het probleem van de donkere materie laat zien dat we niet weten waar het grootste deel van het universum uit bestaat, dus we zijn er zeker van dat er nieuwe deeltjes zijn."

Feng, een theoretisch fysicus, zal worden vergezeld door CERN-medewerkers en andere wetenschappers van onderzoeksinstellingen in Europa, China, Japan en de Verenigde Staten. Het FASER-team zal bestaan ​​uit 30 tot 40 leden, relatief klein in vergelijking met andere groepen die experimenten uitvoeren bij de LHC.

Het FASER-instrument is ook compact, met een diameter van ongeveer 1 meter en een lengte van 5 meter. Het wordt geplaatst op een specifiek punt langs de 16-mijlslus van de LHC, ongeveer 480 meter (1, 574 voet) weg van de kolossale, instrument van zes verdiepingen dat door de ATLAS-samenwerking wordt gebruikt om het Higgs-deeltje te ontdekken.

Terwijl protonenbundels door het interactiepunt van het ATLAS-instrument gaan, ze kunnen nieuwe deeltjes creëren die door beton in de LHC-tunnel gaan en vervolgens in het FASER-instrument, die de voortgang van hun verval zal volgen en meten. FASER verzamelt gegevens wanneer ATLAS actief is.

"Een van de voordelen van ons ontwerp is dat we veel van de componenten van FASER hebben kunnen lenen - siliciumdetectoren, calorimeters en elektronica – van de ATLAS- en LHCb-samenwerkingen, " zei Jamie Boyd, CERN-onderzoeker en medewoordvoerder van het project. "Dat stelt ons in staat een instrument te assembleren dat bijna honderden keren minder kost dan de grootste experimenten bij de LHC."

Een ander voordeel is het snelle bouwschema van FASER. Volgens FASER experimenteel natuurkundige Dave Casper, UCI universitair hoofddocent natuurkunde en sterrenkunde, afgestudeerde studenten die nu bij het team komen, kunnen deelnemen aan de volledige levenscyclus van het experiment - van assemblage en installatie tot het verzamelen van gegevens en rapporteren over resultaten - iets wat wetenschappers van grotere LHC-projecten, waarvan sommige tientallen jaren nodig hadden om te ontwerpen en te bouwen, kon alleen maar van dromen.

De FASER-detector, dat een van de slechts acht onderzoeksinstrumenten van de LHC zal zijn, wordt gebouwd en geïnstalleerd tijdens de huidige onderbreking van de versneller en zal gegevens verzamelen van 2021 tot 2023. De LHC zal opnieuw worden stilgelegd van 2024 tot 2026. Gedurende die tijd zal het team hoopt de grotere FASER 2-detector te installeren, die in staat zal zijn om een ​​nog breder scala aan mysterieuze, verborgen deeltjes.

Dit onderzoeksgebied heeft sterke banden met eerdere UCI-inspanningen. Oprichtend faculteitslid Frederick Reines won in 1995 de Nobelprijs voor zijn mede-ontdekking van neutrino's in 1956.

"In zekere zin, we volgen die traditie door te zoeken naar lichtdeeltjes die extreem zwak met elkaar in wisselwerking staan, zoals het neutrino, " zei Feng. "We weten nu dat neutrino's een deel van het universum uitmaken, maar veel minder dan 1 procent van de donkere materie. We proberen erachter te komen wat de rest is."