L'ultimo esperimento al CERN, l'Organizzazione europea per la ricerca nucleare, è ora in atto presso il Large Hadron Collider di Ginevra. FASER, o Esperimento di ricerca in avanti, è stato approvato dal consiglio di ricerca del CERN nel marzo 2019. Ora installato nel tunnel LHC, questo esperimento, che cerca di capire le particelle che gli scienziati ritengono possano interagire con la materia oscura, è in fase di test prima dell'inizio della raccolta dei dati il ​​prossimo anno.

"Questo è un grande traguardo per l'esperimento, " disse Shih-Chieh Hsu, uno scienziato FASER e professore associato di fisica dell'Università di Washington. "FASER sarà pronto a raccogliere dati dalle collisioni al Large Hadron Collider quando riprenderanno nella primavera del 2022".

FASER è progettato per studiare le interazioni dei neutrini ad alta energia e per cercare nuovi, luce non ancora scoperta e particelle che interagiscono debolmente, che alcuni scienziati credono interagiscano con la materia oscura. A differenza della materia visibile, che costituisce noi e il nostro mondo, la maggior parte della materia nell'universo, circa l'85%, è costituita da materia oscura. Studiare la luce e le particelle che interagiscono debolmente può rivelare indizi sulla natura della materia oscura e altri enigmi di vecchia data, come l'origine delle masse di neutrini.

La collaborazione FASER è composta da 70 membri provenienti da 19 istituzioni e otto paesi. Gli scienziati FASER presso l'UW includono Hsu, ricercatore postdottorato Ke Li, studente di dottorato John Spencer e studenti universitari Murtaza Jafry e Jeffrey Gao. Il team UW è stato coinvolto negli sforzi per sviluppare software e valutare le prestazioni di parti del rivelatore FASER, nonché esaminare i dati del rilevatore durante il periodo di messa in servizio. Monitoreranno anche le prestazioni degli strumenti nel rivelatore e analizzeranno i dati quando le collisioni a LHC riprenderanno il prossimo anno.

I ricercatori ritengono che le collisioni di LHC producano le particelle leggere e che interagiscono debolmente che FASER è progettato per rilevare. Queste possono essere particelle di lunga durata, viaggiando per centinaia di metri prima che decadano in altre particelle che FASER misurerà.

L'esperimento si trova in un tunnel di servizio inutilizzato lungo l'asse di collisione del fascio, appena 480 metri—o quasi 1, 600 piedi—dal punto di interazione del rivelatore ATLAS a sei piani di LHC. Questa vicinanza pone FASER in una posizione ottimale per rilevare i prodotti di decadimento della luce e delle particelle che interagiscono debolmente.

I primi lavori di ingegneria civile per FASER sono iniziati a maggio 2020. In estate, furono installati i primi servizi e sistemi di alimentazione, e a novembre, I tre magneti FASER sono stati posizionati nella trincea.

"Siamo estremamente entusiasti di vedere questo progetto prendere vita così rapidamente e senza intoppi, ", ha detto lo scienziato del CERN Jamie Boyd, un co-portavoce FASER. "Certo, questo non sarebbe stato possibile senza l'aiuto esperto dei numerosi team del CERN coinvolti!"

Il rilevatore FASER è lungo 5 metri, o circa 16,5 piedi, e due stazioni scintillatori siedono al suo ingresso. Le stazioni rimuoveranno l'interferenza di fondo da parte di particelle cariche che passano attraverso la parete della caverna dal punto di interazione ATLAS. Il prossimo è un magnete dipolo 1,5 metri, o circa 5 piedi, lungo. È seguito da uno spettrometro che consiste di due magneti dipolo, ogni 1 metro o poco più di 3 piedi di lunghezza, con tre stazioni di tracciamento, due alle estremità e uno tra i magneti. Ogni stazione di tracciamento è costituita da strati di rilevatori di strisce di silicio di precisione. All'ingresso e all'uscita dello spettrometro si trovano stazioni scintillanti per l'innesco e la misurazione del tempo di precisione.

Il componente finale è il calorimetro elettromagnetico. Questo identificherà elettroni e fotoni ad alta energia e misurerà l'energia elettromagnetica totale. L'intero rivelatore viene raffreddato a 15 C, o 59 F, da una stazione di raffreddamento indipendente.

Alcuni di questi componenti sono stati assemblati da pezzi di ricambio di altri esperimenti di LHC, compresi ATLAS e LHCb, secondo Boyd.

FASER avrà anche un sottorivelatore, chiamato FASERν, che è specificamente progettato per rilevare i neutrini. Nessun neutrino prodotto da un collisore di particelle è mai stato rilevato, nonostante i collisori li producano in gran numero e ad alte energie. FASERν è composto da film di emulsione e lastre di tungsteno per agire sia come bersaglio che come rivelatore per vedere le interazioni dei neutrini. FASERν dovrebbe essere pronto per l'installazione entro la fine dell'anno. L'intero esperimento inizierà a prendere dati durante la corsa 3 dell'LHC, a partire dal 2022.