FASER 실험

FASER experiment
대형 하드론 충돌기
(LHC)
LHC.svg
LHC 실험
ATLASToroidal LHC 장치
CMS컴팩트 뮤온 솔레노이드
LHCBLHC-뷰티
앨리스야.대형 이온 충돌기 실험
토템총 단면, 탄성 산란 및 회절 분해
LHCFLHC-전방
모달LHC에서 단극 및 엑소틱스 검출기
파서ForwArd 검색 ExpeRiment
SND산란 및 중성미자 검출기
LHC 프리액셀러레이터
P와 PB양성자(Linac 4) 및 납(Linac 3)용 선형 가속기
(표시되지 않음)프로토온 싱크로트론 부스터
PS프로톤 싱크로트론
SPS슈퍼 프로톤 싱크로트론

FASER(ForwArd Search ExpeRiment)는 CERN의 Large Hadron Collider에서 2022년 8가지 입자 물리학 실험 중 하나로 계획되어 있다. 그것은 새로운 빛과 약하게 결합되는 기본 입자를 찾고, 고에너지 중성미자의 상호작용을 연구하기 위해 고안되었다.[1]

이 실험은 ATLAS 실험에서 사용하는 상호 작용 지점에서 480m 하류인 서비스 터널 TI12에 설치된다.[2] 이 터널은 이전에 SPS의 빔을 LEP 가속기에 주입하는 데 사용되었다. 이 위치에서 FASER 실험은 가능한 새로운 입자뿐만 아니라 두 중성미자의 강렬하고 고도로 시준된 빔에 배치된다. 또한 약 100m의 암석과 콘크리트로 ATLAS로부터 차폐되어 있어 저배경 환경을 제공한다. FASER 실험은 2019년에 승인되었으며 2022년부터 LHC의 3run 동안 데이터 수집을 시작할 것이다.[2][3][4]

새로운 물리학 검색

FASER 실험의 1차 목표는 어두운 광자, 축과 같은 입자, 무균 중성미자와 같이 아직 발견되지 않은 새로운 빛과 약하게 상호작용하는 입자를 찾는 것이다.[5][6] 만약 이 입자들이 충분히 가볍다면, 그것들은 희귀한 하드론 디케이드에서 만들어질 수 있다. 따라서 그러한 입자는 충돌 축을 따라 전방 방향으로 우세하게 생성되어 고도로 시준된 빔을 형성하며, LHC 양성자 빔 에너지의 상당 부분을 상속할 수 있다. 또한, 표준 모델 입자와 큰 부스트에 대한 작은 커플링 때문에, 이 입자들은 수명이 길고 표준 모델 입자로 붕괴되기 전에 상호작용하지 않고도 수백 미터나 쉽게 이동할 수 있다. 이러한 디케이는 FASER이 탐지하고자 하는 매우 에너지 넘치는 입자의 출현과 같은 화려한 신호로 이어진다.

중성미자 물리학

LHC는 지금까지 만들어진 에너지 입자 충돌기 중 가장 높은 것으로, 따라서 통제된 실험실 환경에서 생성된 가장 강력한 중성미자의 원천이기도 하다. LHC에서의 충돌은 모든 향미의 고에너지 중성미자의 큰 유량으로 이어지며, 이는 빔 충돌 축을 중심으로 시준되어 FASER 위치를 통해 스트림된다. 전용 하위 검출기 FASERNU(FASERNU)는 이러한 중성미자를 검출하도록 설계되었다.[7] 그것은 현재 제약이 없는 TeV 에너지에서 중성미자 단면을 측정할 수 있는 수천 개의 중성미자 상호작용을 기록하고 연구할 것이다.

FASERNU는 다음과 같은 물리학 영역을 탐색할 수 있다.

  1. 모든 중성미자 맛과 항 중성미자의 상호작용 및 TeV 에너지 척도에서 단면 측정.
  2. FASERnu는 실행 기간 동안 최대 1만 개의 중성미자를 탐지할 수 있는 능력을 통해 핵-타우 중성미자와 핵-전자 중성미자 상호작용을 가장 많이 볼 수 있으며 중성미자 연구의 충분한 기회를 열 수 있을 것이다.
  3. 이 협업은 이전에는 탐구되지 않았던 에너지 척도에서 뮤온 중성미자 상호작용 속도에 대한 매우 정확한 측정을 수행할 것이다.

2021년, FASER 협업을 통해 LHC에서 최초의 중성미자 상호작용 후보 관찰 결과를 발표하였다. [8][9][10]

검출기

FASER 디텍터 레이아웃

FASER의 프런트 엔드에 FASERer 중성미자 검출기가 위치한다. 중성미자 상호작용을 위한 표적물질로 텅스텐 판과 인터리브된 여러 층의 에멀전 필름으로 구성되어 있다. FASERRν 뒤와 주 검출기 입구에는 플라스틱 섬광기로 구성된 충전된 입자 거부권이 있다.[11][12] 이어 1.5m 길이의 빈 붕괴 부피와 2m 길이의 분광계가 0.55T 자기장에 배치된다. 분광계는 정밀 실리콘 스트립 검출기 층으로 구성된 3개의 추적 스테이션으로 구성되어 장수하는 입자의 붕괴에서 생성되는 전하 입자를 검출한다. 끝에는 전자기 열량계가 있다.

참조

  1. ^ "FASER detector at the Large Hadron Collider to seek clues about hidden matter in the universe". UW News. 2019-03-05. Retrieved 11 April 2021.
  2. ^ a b "LS2 Report: FASER is born". CERN. Retrieved 2021-03-25.
  3. ^ "FASER: CERN approves new experiment to look for long-lived, exotic particles". CERN. Retrieved 2019-12-19.
  4. ^ "FASER's new detector expected to catch first collider neutrino". CERN. Retrieved 2019-12-19.
  5. ^ Feng, Jonathan L.; Galon, Iftah; Kling, Felix; Trojanowski, Sebastian (2018-02-05). "FASER: ForwArd Search ExpeRiment at the LHC". Physical Review D. 97 (3): 035001. arXiv:1708.09389. doi:10.1103/PhysRevD.97.035001. ISSN 2470-0010. S2CID 119101090.
  6. ^ Ariga et al. (FASER Collaboration) (2019-05-15). "FASER's Physics Reach for Long-Lived Particles". Physical Review D. 99 (9): 095011. arXiv:1811.12522. Bibcode:2019PhRvD..99i5011A. doi:10.1103/PhysRevD.99.095011. ISSN 2470-0010. S2CID 119103743.
  7. ^ Abreu et al. (FASER collaboration) (2020). "Detecting and Studying High-Energy Collider Neutrinos with FASER at the LHC". The European Physical Journal C. 80 (1): 61. arXiv:1908.02310. Bibcode:2020EPJC...80...61A. doi:10.1140/epjc/s10052-020-7631-5. S2CID 199472668.
  8. ^ Abreu, Henso; Afik, Yoav; Antel, Claire; Arakawa, Jason; Ariga, Akitaka; Ariga, Tomoko; Bernlochner, Florian; Boeckh, Tobias; Boyd, Jamie; Brenner, Lydia; Cadoux, Franck (2021-11-24). "First neutrino interaction candidates at the LHC". Physical Review D. 104 (9): L091101. arXiv:2105.06197. Bibcode:2021PhRvD.104i1101A. doi:10.1103/PhysRevD.104.L091101. ISSN 2470-0010. S2CID 234483013.
  9. ^ Dorminey, Bruce. "Suitcase-Sized Neutrino Detector Hits Pay Dirt At Large Hadron Collider". Forbes. Retrieved 2021-11-26.
  10. ^ "UCI-led team of physicists detects signs of neutrinos at Large Hadron Collider". UCI News. 2021-11-24. Retrieved 2021-11-26.
  11. ^ Ariga et al. (FASER Collaboration) (2018-11-26). "Letter of Intent for FASER: ForwArd Search ExpeRiment at the LHC". arXiv:1811.10243 [physics.ins-det].
  12. ^ Ariga et al. (FASER Collaboration) (2018-12-21). "Technical Proposal for FASER: ForwArd Search ExpeRiment at the LHC". arXiv:1812.09139 [physics.ins-det].

외부 링크

좌표: 46°14′09″N 6°03′18″E / 46.23583°N 6.05500°E / 46.23583; 6.05500