Het nieuwste experiment bij CERN, de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek, is nu op zijn plaats bij de Large Hadron Collider in Genève. FASER, of Forward Search Experiment, werd in maart 2019 goedgekeurd door de onderzoeksraad van CERN. Nu geïnstalleerd in de LHC-tunnel, dit experiment, die deeltjes probeert te begrijpen waarvan wetenschappers denken dat ze kunnen interageren met donkere materie, wordt getest voordat de gegevensverzameling volgend jaar begint.

"Dit is een geweldige mijlpaal voor het experiment, " zei Shih-Chieh Hsu, een FASER-wetenschapper en universitair hoofddocent natuurkunde aan de Universiteit van Washington. "FASER zal klaar zijn om gegevens te verzamelen van botsingen bij de Large Hadron Collider wanneer ze in het voorjaar van 2022 worden hervat."

FASER is ontworpen om de interacties van hoogenergetische neutrino's te bestuderen en te zoeken naar nieuwe, nog onontdekt licht en zwak interagerende deeltjes, waarvan sommige wetenschappers geloven dat ze interageren met donkere materie. In tegenstelling tot zichtbare materie, waaruit wij en onze wereld bestaan, de meeste materie in het universum - ongeveer 85% - bestaat uit donkere materie. Het bestuderen van licht en zwak op elkaar inwerkende deeltjes kan aanwijzingen opleveren voor de aard van donkere materie en andere al lang bestaande puzzels. zoals de oorsprong van neutrinomassa's.

De FASER-samenwerking bestaat uit 70 leden uit 19 instellingen en acht landen. FASER-wetenschappers van de UW zijn onder andere Hsu, postdoctoraal onderzoeker Ke Li, promovendus John Spencer en studenten Murtaza Jafry en Jeffrey Gao. Het UW-team is betrokken geweest bij inspanningen om software te ontwikkelen en de prestaties van delen van de FASER-detector te evalueren, evenals de gegevens van de detector onderzoeken tijdens de inbedrijfstellingsperiode. Ze zullen ook de prestaties van instrumenten in de detector monitoren en gegevens analyseren wanneer de botsingen bij LHC volgend jaar hervatten.

Onderzoekers geloven dat de botsingen van LHC de lichte en zwak interagerende deeltjes produceren die FASER is ontworpen om te detecteren. Dit kunnen langlevende deeltjes zijn, honderden meters reizen voordat ze vervallen in andere deeltjes die FASER zal meten.

Het experiment bevindt zich in een ongebruikte diensttunnel langs de as van de bundelbotsing, slechts 480 meter - of bijna 1, 600 voet - vanaf het interactiepunt van de zes verdiepingen tellende ATLAS-detector van de LHC. Die nabijheid plaatst FASER in een optimale positie voor het detecteren van de vervalproducten van het licht en zwak interagerende deeltjes.

In mei 2020 zijn de eerste civieltechnische werken voor FASER gestart. de eerste services en energiesystemen werden geïnstalleerd, en in november, De drie magneten van FASER werden in de greppel geplaatst.

"We zijn enorm enthousiast om te zien dat dit project zo snel en soepel tot leven komt, " zei CERN-wetenschapper Jamie Boyd, een FASER-medewoordvoerder. "Natuurlijk, dit was niet mogelijk geweest zonder de deskundige hulp van de vele betrokken CERN-teams!"

De FASER-detector is 5 meter lang, of ongeveer 16,5 voet, en twee scintillatorstations zitten bij de ingang. De stations zullen achtergrondinterferentie verwijderen door geladen deeltjes die door de grotwand komen vanaf het ATLAS-interactiepunt. Vervolgens is een dipoolmagneet 1,5 meter, of ongeveer 5 voet, lang. Het wordt gevolgd door een spectrometer die bestaat uit twee dipoolmagneten, elke 1 meter of iets meer dan 3 voet lang, met drie volgstations, twee aan beide uiteinden en één tussen de magneten. Elk volgstation bestaat uit lagen precisie-siliconenstripdetectoren. Scintillatorenstations voor triggering en nauwkeurige tijdmetingen bevinden zich aan de ingang en uitgang van de spectrometer.

Het laatste onderdeel is de elektromagnetische calorimeter. Dit zal hoogenergetische elektronen en fotonen identificeren en de totale elektromagnetische energie meten. De hele detector wordt afgekoeld tot 15 C, of 59 F, door een onafhankelijk koelstation.

Sommige van deze componenten zijn samengesteld uit reserveonderdelen van andere LHC-experimenten, waaronder ATLAS en LHCb, volgens Boyd.

FASER zal ook een subdetector hebben, genaamd FASERν, die speciaal is ontworpen om neutrino's te detecteren. Geen enkel neutrino geproduceerd bij een deeltjesversneller is ooit gedetecteerd, ondanks botsers die ze in grote aantallen en met hoge energie produceren. FASERν bestaat uit emulsiefilms en wolfraamplaten om zowel als doelwit als detector te fungeren om de neutrino-interacties te zien. FASERν zou tegen het einde van het jaar klaar moeten zijn voor installatie. Het hele experiment begint gegevens te verzamelen tijdens run 3 van de LHC, vanaf 2022.