O demonstrador FORMOSA (primeiro plano) durante instalação na caverna subterrânea do experimento FASER (fundo). Crédito:CERN A família de experimentos do LHC continua a crescer. Juntamente com as quatro experiências principais, uma nova geração de experiências mais pequenas está a contribuir para a procura de partículas previstas por teorias que vão além do Modelo Padrão, a nossa atual teoria da física de partículas.
Recentemente, o demonstrador FORMOSA, que caça partículas milicarregadas, foi instalado na caverna que contém o detector FASER, 480 metros a jusante do ponto de interação ATLAS. Agora irá coletar seus primeiros dados.
Algumas teorias prevêem a existência de partículas elementares milicarregadas que teriam uma carga muito menor que a carga do elétron. Se existirem, dariam pistas para uma teoria além do Modelo Padrão e poderiam ser considerados candidatos à matéria escura.
O demonstrador FORMOSA tem como objetivo comprovar a viabilidade do experimento completo, que se destina a ser instalado em uma proposta sala subterrânea localizada a cerca de 620 metros do ponto de interação do ATLAS.
Esta área experimental – Forward Physics Facility – está em estudo no âmbito da iniciativa Physics Beyond Colliders e deverá acolher vários experimentos que irão procurar partículas de vida longa previstas por teorias além do Modelo Padrão.
Estas partículas seriam produzidas por colisões no centro do detector ATLAS e interagiriam fracamente com as partículas do Modelo Padrão. Se aprovados, os experimentos, entre eles os experimentos FASERν 2 e FLArE propostos, poderão começar a coletar dados quando o LHC de alta luminosidade for ligado em 2029.
O demonstrador FORMOSA é composto por cintiladores. Ao interagir com uma partícula carregada, os cintiladores emitem fótons que são posteriormente convertidos em sinal elétrico. Embora os múons cósmicos ou as colisões do ATLAS também possam atingir os cintiladores, as partículas milicarregadas normalmente depositam muito menos energia em cada camada, distinguindo-as dos múons que atravessam o detector.
"Os estudos iniciais com os chamados dados sem feixe e testes de fonte já parecem promissores. Isto marca um passo importante para atingir a meta de operar o demonstrador este ano e uma grande demonstração do espírito colaborativo dos projetos dentro do Forward Physics Facility, " diz o líder do projeto, Matthew Citron, da Universidade da Califórnia, Davis.
Partículas milicarregadas tornaram-se um foco particular de pesquisa nos últimos anos. O detector MilliQan, localizado a 33 metros de distância do ponto de interação do CMS, bem como o MoEDAL-MAPP próximo ao LHCb, iniciaram a coleta de dados durante a Execução 3 do LHC.
Em 2020, um estudo realizado com um demonstrador menor, o MilliQan, descartou a existência de partículas milicarregadas para uma gama de massas e cargas. Graças a um maior volume de deteção e à sua localização na região mais à frente das colisões do LHC, a experiência FORMOSA espera alargar esta busca.
