CERNs forskningsnämnd har godkänt Forward Search Experiment, ger grönt ljus till församlingen, installation och användning av ett instrument som kommer att leta efter nya fundamentala partiklar vid Large Hadron Collider i Genève, Schweiz.

Initierad av fysiker vid University of California, Irvine, det femåriga FASER-projektet finansieras av anslag på 1 miljon USD vardera från Heising-Simons Foundation och Simons Foundation – med ytterligare stöd från CERN, Europeiska organisationen för kärnkraftsforskning.

FASERs fokus är att hitta ljus, extremt svagt interagerande partiklar som hittills har undgått forskare, även i de högenergiexperiment som utfördes vid CERN-opererade LHC, den största partikelacceleratorn i världen.

"Sju år sedan, forskare upptäckte Higgs-bosonen vid Large Hadron Collider, avslutar ett kapitel i vårt sökande efter universums grundläggande byggstenar, men nu letar vi efter nya partiklar, " sa FASERs medledare Jonathan Feng, UCI professor i fysik och astronomi. "Problemet med mörk materia visar att vi inte vet vad det mesta av universum består av, så vi är säkra på att det finns nya partiklar där ute."

Feng, en teoretisk fysiker, kommer att få sällskap av CERN-medarbetare såväl som andra forskare från forskningsinstitutioner i Europa, Kina, Japan och USA. FASER-teamet kommer att bestå av 30 till 40 medlemmar, relativt liten jämfört med andra grupper som genomför experiment vid LHC.

FASER-instrumentet är också kompakt, mäter cirka 1 meter i diameter och 5 meter lång. Den kommer att placeras på en specifik punkt längs 16-milsslingan av LHC, cirka 480 meter (1, 574 fot) bort från bulkandet, sex våningar instrument som används av ATLAS Collaboration för att upptäcka Higgs boson.

När protonstrålar passerar genom interaktionspunkten vid ATLAS-instrumentet, de kan skapa nya partiklar som kommer att gå genom betong i LHC-tunneln och sedan in i FASER-instrumentet, som kommer att spåra och mäta utvecklingen av deras förfall. FASER kommer att samla in data när som helst ATLAS är i drift.

"En av fördelarna med vår design är att vi har kunnat låna många av komponenterna i FASER – silikondetektorer, kalorimetrar och elektronik – från ATLAS- och LHCb-samarbeten, sa Jamie Boyd, CERN-forskare och medtalesman för projektet. "Det gör att vi kan montera ett instrument som kostar nästan hundratals gånger mindre än de största experimenten vid LHC."

En annan fördel är FASERs snabba byggschema. Enligt FASER experimentella fysiker Dave Casper, UCI docent i fysik och astronomi, doktorander som går med i teamet nu kommer att kunna delta i experimentets hela livscykel – från montering och installation till att samla in data och rapportera om resultat – något som forskare i större LHC-projekt, varav några tog decennier att designa och bygga, bara kunde drömma om.

FASER-detektorn, som kommer att vara ett av endast åtta forskningsinstrument vid LHC, byggs och installeras under kolliderens nuvarande uppehåll och kommer att samla in data från 2021 till 2023. LHC kommer att stängas av igen från 2024 till 2026. Under den tiden, teamet hoppas kunna installera den större FASER 2-detektorn, som kommer att kunna avslöja ett ännu bredare spektrum av mystiska, dolda partiklar.

Detta forskningsområde har starka kopplingar till tidigare UCI-insatser. Grundande fakultetsmedlem Frederick Reines vann Nobelpriset 1995 för sin medupptäckt av neutriner 1956.

"På något vis, vi följer den traditionen genom att leta efter extremt svagt interagerande ljuspartiklar, som neutrinon, " Feng sa. "Vi vet nu att neutriner utgör en del av universum men långt mindre än 1 procent av den mörka materian. Vi försöker ta reda på vad som består av resten."