Wetenschap
Op jacht naar milligeladen deeltjes bij de LHC
De LHC-familie van experimenten blijft groeien. Naast de vier hoofdexperimenten draagt een nieuwe generatie kleinere experimenten bij aan de zoektocht naar deeltjes die worden voorspeld door theorieën die verder gaan dan het Standaardmodel, onze huidige theorie van de deeltjesfysica.
Onlangs is de FORMOSA-demonstrator, die op jacht is naar milligeladen deeltjes, geïnstalleerd in de grot met de FASER-detector, 480 meter stroomafwaarts van het ATLAS-interactiepunt. Het zal nu zijn eerste gegevens verzamelen.
Sommige theorieën voorspellen het bestaan van milligeladen elementaire deeltjes die een lading hebben die veel kleiner is dan de elektronenlading. Als ze bestaan, zouden ze aanwijzingen geven voor een theorie die verder gaat dan het standaardmodel en kunnen ze worden beschouwd als kandidaten voor donkere materie.
De FORMOSA-demonstrator heeft tot doel de haalbaarheid van het volledige experiment te bewijzen, dat bedoeld is om te worden geïnstalleerd in een voorgestelde ondergrondse hal op ongeveer 620 meter afstand van het ATLAS-interactiepunt.
Dit experimentele gebied – de Forward Physics Facility – wordt bestudeerd binnen het Physics Beyond Colliders-initiatief en zal naar verwachting verschillende experimenten huisvesten die zullen zoeken naar langlevende deeltjes die worden voorspeld door theorieën die verder gaan dan het standaardmodel.
Deze deeltjes zouden worden geproduceerd door botsingen in het midden van de ATLAS-detector en zouden zwak interageren met deeltjes van het standaardmodel. Indien goedgekeurd, zouden de experimenten, waaronder de voorgestelde FASERν 2- en FLArE-experimenten, kunnen beginnen met het verzamelen van gegevens wanneer de High-Luminosity LHC in 2029 wordt ingeschakeld.
De FORMOSA-demonstrator bestaat uit scintillatoren. Bij interactie met een geladen deeltje zenden de scintillatoren fotonen uit die vervolgens worden omgezet in een elektrisch signaal. Hoewel kosmische muonen of die van ATLAS-botsingen ook de scintillatoren kunnen treffen, deponeren milli-geladen deeltjes doorgaans veel minder energie in elke laag, waardoor ze zich onderscheiden van muonen die door de detector passeren.
"Eerste studies met zogenaamde no-beam data en brontesten zien er al veelbelovend uit. Dit markeert een belangrijke stap in de richting van het bereiken van het doel om de demonstrator dit jaar te laten draaien en een geweldige demonstratie van de samenwerkingsgeest van de projecten binnen de Forward Physics Facility, " zegt projectleider Matthew Citron van de Universiteit van Californië, Davis.
Millicharged deeltjes zijn de afgelopen jaren een bijzondere focus van onderzoek geworden. De MilliQan-detector, die zich op 33 meter afstand van het CMS-interactiepunt bevindt, en MoEDAL-MAPP dichtbij LHCb, begonnen met het verzamelen van gegevens tijdens LHC Run 3.
In 2020 had een onderzoek uitgevoerd met een kleinere demonstrator, MilliQan, het bestaan van milligeladen deeltjes voor een reeks massa's en ladingen uitgesloten. Dankzij een hoger detectievolume en de locatie in het verre voorwaartse gebied van de LHC-botsingen hoopt het FORMOSA-experiment deze zoektocht uit te breiden.