La famiglia di esperimenti dell’LHC continua a crescere. Oltre ai quattro esperimenti principali, una nuova generazione di esperimenti più piccoli sta contribuendo alla ricerca di particelle previste da teorie che vanno oltre il Modello Standard, la nostra attuale teoria della fisica delle particelle.
Recentemente, il dimostratore FORMOSA, che va a caccia di particelle millicariche, è stato installato nella caverna contenente il rilevatore FASER, 480 metri a valle del punto di interazione ATLAS. Ora raccoglierà i suoi primi dati.
Alcune teorie prevedono l'esistenza di particelle elementari millicaricate che avrebbero una carica molto più piccola della carica dell'elettrone. Se esistessero, fornirebbero indizi per una teoria oltre il Modello Standard e potrebbero essere considerati candidati per la materia oscura.
Il dimostratore FORMOSA mira a dimostrare la fattibilità dell'esperimento completo, che sarà installato in una sala sotterranea proposta situata a circa 620 metri dal punto di interazione ATLAS.
Quest'area sperimentale, la Forward Physics Facility, è in fase di studio nell'ambito dell'iniziativa Physics Beyond Colliders e si prevede che ospiterà diversi esperimenti che cercheranno particelle a vita lunga previste da teorie oltre il Modello standard.
Queste particelle sarebbero prodotte dalle collisioni al centro del rivelatore ATLAS e interagirebbero debolmente con le particelle del Modello Standard. Se approvati, gli esperimenti, tra cui gli esperimenti FASERν 2 e FLArE proposti, potrebbero iniziare a raccogliere dati quando l'LHC ad alta luminosità verrà acceso nel 2029.
Il dimostratore FORMOSA comprende scintillatori. Quando interagiscono con una particella carica, gli scintillatori emettono fotoni che vengono successivamente convertiti in un segnale elettrico. Sebbene anche i muoni cosmici o quelli provenienti dalle collisioni ATLAS possano colpire gli scintillatori, le particelle millicaricate tipicamente depositano molta meno energia in ogni strato, distinguendole dai muoni che attraversano il rilevatore.
"Gli studi iniziali con i cosiddetti dati no-beam e test sulla sorgente sembrano già promettenti. Ciò segna un passo importante verso il raggiungimento dell'obiettivo di far funzionare il dimostratore quest'anno e una grande dimostrazione dello spirito di collaborazione dei progetti all'interno della Forward Physics Facility, " afferma il leader del progetto Matthew Citron dell'Università della California, Davis.
Le particelle millicaricate sono diventate un focus particolare della ricerca negli ultimi anni. Il rilevatore MilliQan, situato a 33 metri dal punto di interazione CMS, così come MoEDAL-MAPP vicino a LHCb, hanno iniziato l'acquisizione di dati durante LHC Run 3.
Nel 2020, uno studio condotto con un dimostratore più piccolo, MilliQan, aveva escluso l’esistenza di particelle millicariche per una gamma di masse e cariche. Grazie a un maggiore volume di rilevamento e alla sua posizione nella regione più avanzata delle collisioni dell'LHC, l'esperimento FORMOSA spera di estendere questa ricerca.
Fornito dal CERN
