Исследовательская комиссия CERN одобрила эксперимент по поиску в прямом направлении, дав зеленый свет сборке, установке и использованию прибора, который будет искать новые фундаментальные частицы на Большом адронном коллайдере в Женеве, Швейцария.
Инициированный физиками из Калифорнийского университета в Ирвине пятилетний проект FASER финансируется за счет грантов в размере 1 млн. Долл. США каждый от Фонда Хайзинга-Саймонса и Фонда Саймонса — при дополнительной поддержке со стороны CERN, Европейской организации ядерных исследований.
Цель FASER — найти легкие, чрезвычайно слабо взаимодействующие частицы , которые до сих пор ускользали от ученых, даже в экспериментах с высокой энергией, проводимых на LHC, работающем в ЦЕРНе, самом большом ускорителе частиц в мире.
«Семь лет назад ученые обнаружили бозон Хиггса на Большом адронном коллайдере, завершив одну главу в нашем поиске фундаментальных строительных блоков вселенной, но теперь мы ищем новые частицы», — сказал один из лидеров FASER Джонатан Фенг, UCI профессор физики и астрономии. «Проблема темной материи показывает, что мы не знаем, из чего состоит большая часть вселенной, поэтому мы уверены, что там есть новые частицы».
К Фенгу, физику-теоретику, присоединятся сотрудники ЦЕРН, а также другие ученые из исследовательских институтов Европы, Китая, Японии и США. Команда FASER будет состоять из 30-40 членов, относительно небольших по сравнению с другими группами, проводящими эксперименты на LHC.
FASER Прибор также компактен, измерение около 1 метра в диаметре и 5 метров в длину. Он будет размещен в определенной точке вдоль 16-мильной петли LHC, примерно в 480 метрах (1574 фута) от неуклюжего шестиэтажного инструмента, используемого коллаборацией ATLAS для обнаружения бозона Хиггса.
Когда протонные пучки проходят через точку взаимодействия в приборе ATLAS, они могут создавать новые частицы, которые будут проходить через бетон в туннеле LHC, а затем в прибор FASER, который будет отслеживать и измерять ход их распада. FASER будет собирать данные каждый раз, когда работает ATLAS.
«Одним из преимуществ нашей конструкции является то, что мы смогли позаимствовать многие компоненты FASER — кремниевые детекторы, калориметры и электронику — у коллабораций ATLAS и LHCb», — сказал Джейми Бойд, научный сотрудник CERN и сопредседатель для проекта. «Это позволяет нам собрать прибор, который стоит почти в сотни раз дешевле, чем самые большие эксперименты на LHC».
Еще одним преимуществом является быстрый график строительства FASER. По словам физика-экспериментатора FASER Дейва Каспера, доцента UCI по физике и астрономии, аспиранты, присоединившиеся к команде, теперь смогут участвовать в полном жизненном цикле эксперимента — от сборки и установки до сбора данных и составления отчетов о результатах — что-то для ученых о более крупных проектах LHC, на разработку и сборку которых ушли десятилетия, можно было только мечтать.
Детектор FASER, который будет одним из восьми исследовательских приборов на LHC, строится и устанавливается во время текущего перерыва в работе коллайдера и будет собирать данные с 2021 по 2023 год. LHC будет снова отключен с 2024 по 2026 год. Со временем команда надеется установить более крупный детектор FASER 2, который сможет раскрыть еще более широкий спектр загадочных скрытых частиц.
Эта область исследований тесно связана с прошлыми усилиями UCI. Член-основатель Фредерик Рейнс получил Нобелевскую премию в 1995 году за совместное открытие нейтрино в 1956 году.
«В некотором смысле, мы следуем этой традиции, ища чрезвычайно слабо взаимодействующие легкие частицы, такие как нейтрино», — сказал Фэн. «Теперь мы знаем, что нейтрино составляют некоторую часть вселенной, но гораздо меньше 1 процента темной материи. Мы пытаемся выяснить, что составляет остальное».
