Pesquisadores trabalhando para instalar o detector FASER no CERN. Crédito:CERN
O mais novo experimento no CERN, a Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear, está agora instalado no Grande Colisor de Hádrons em Genebra. FASER, ou experimento de pesquisa direta, foi aprovado pelo conselho de pesquisa do CERN em março de 2019. Agora instalado no túnel do LHC, este experimento, que busca entender as partículas que os cientistas acreditam poder interagir com a matéria escura, está passando por testes antes do início da coleta de dados no próximo ano.
"Este é um grande marco para o experimento, "disse Shih-Chieh Hsu, um cientista da FASER e professor associado de física da Universidade de Washington. "O FASER estará pronto para coletar dados de colisões no Large Hadron Collider quando eles forem retomados na primavera de 2022."
O FASER é projetado para estudar as interações de neutrinos de alta energia e buscar novos, luz ainda não descoberta e partículas de interação fraca, que alguns cientistas acreditam interagir com a matéria escura. Ao contrário da matéria visível, que forma nós e nosso mundo, a maior parte da matéria no universo - cerca de 85% - consiste em matéria escura. O estudo de partículas leves e de interação fraca pode revelar pistas sobre a natureza da matéria escura e outros quebra-cabeças antigos, como a origem das massas de neutrinos.
A colaboração da FASER consiste em 70 membros de 19 instituições e oito países. Cientistas FASER da UW incluem Hsu, pesquisador pós-doutorado Ke Li, estudante de doutorado John Spencer e graduandos Murtaza Jafry e Jeffrey Gao. A equipe UW está envolvida em esforços para desenvolver software e avaliar o desempenho de partes do detector FASER, bem como examinar os dados do detector durante o período de comissionamento. Eles também monitorarão o desempenho dos instrumentos no detector e analisarão os dados quando as colisões no LHC recomeçarem no próximo ano.
Os pesquisadores acreditam que as colisões do LHC produzem a luz e as partículas de interação fraca que o FASER foi projetado para detectar. Estas podem ser partículas de vida longa, viajando centenas de metros antes de se decomporem em outras partículas que irão medir com mais rapidez.
O experimento está localizado em um túnel de serviço não utilizado ao longo do eixo de colisão do feixe, apenas 480 metros - ou quase 1, 180 metros - do ponto de interação do detector ATLAS de seis andares do LHC. Essa proximidade coloca o FASER em uma posição ideal para detectar os produtos de decaimento da luz e partículas de interação fraca.
Os três ímãs da FASER foram instalados em novembro, em uma trincheira estreita escavada por uma equipe do CERN. Crédito:CERN
As primeiras obras de engenharia civil da FASER começaram em maio de 2020. No verão, os primeiros serviços e sistemas de energia foram instalados, e em novembro, Os três ímãs da FASER foram colocados na vala.
"Estamos extremamente entusiasmados em ver este projeto ganhar vida de forma tão rápida e harmoniosa, "disse o cientista do CERN Jamie Boyd, um co-porta-voz da FASER. "Claro, isso não teria sido possível sem a ajuda especializada das muitas equipes do CERN envolvidas! "
O detector FASER tem 5 metros de comprimento, ou cerca de 16,5 pés, e duas estações cintiladoras ficam em sua entrada. As estações irão remover a interferência de fundo por partículas carregadas que vêm através da parede da caverna do ponto de interação ATLAS. O próximo é um ímã dipolo de 1,5 metros, ou cerca de 5 pés, grande. É seguido por um espectrômetro que consiste em dois ímãs dipolo, cada um com 1 metro ou pouco mais de 3 pés de comprimento, com três estações de rastreamento, dois em cada extremidade e um entre os ímãs. Cada estação de rastreamento consiste em camadas de detectores de fita de silicone de precisão. As estações cintiladoras para disparo e medições de tempo de precisão estão localizadas na entrada e na saída do espectrômetro.
O componente final é o calorímetro eletromagnético. Isso identificará elétrons e fótons de alta energia e medirá a energia eletromagnética total. Todo o detector é resfriado a 15 C, ou 59 F, por uma estação de resfriamento independente.
Alguns desses componentes foram montados a partir de peças sobressalentes de outros experimentos do LHC, incluindo ATLAS e LHCb, de acordo com Boyd.
FASER também terá um subdetetor, chamado FASERν, que é projetado especificamente para detectar neutrinos. Nenhum neutrino produzido em um colisor de partículas foi detectado, apesar dos colisores produzindo-os em grande número e com altas energias. O FASERν é composto de filmes de emulsão e placas de tungstênio para atuar como o alvo e o detector para ver as interações do neutrino. O FASERν deve estar pronto para instalação até o final do ano. Todo o experimento começará a coletar dados durante a execução 3 do LHC, começando em 2022.
