Det senaste experimentet på CERN, Europeiska organisationen för kärnforskning, finns nu på plats vid Large Hadron Collider i Genève. FASER, eller framåt sökningsexperiment, godkändes av CERN:s forskningsnämnd i mars 2019. Nu installerad i LHC -tunneln, detta experiment, som försöker förstå partiklar som forskare tror kan interagera med mörk materia, genomgår tester innan datainsamling påbörjas nästa år.

"Detta är en stor milstolpe för experimentet, "sa Shih-Chieh Hsu, en FASER -forskare och universitetslektor i fysik vid University of Washington. "FASER är redo att samla in data från kollisioner vid Large Hadron Collider när de återupptas våren 2022."

FASER är utformat för att studera växelverkan mellan neutrinoer med hög energi och söka efter nya, ännu oupptäckta ljus och svagt interagerande partiklar, som vissa forskare tror interagerar med mörk materia. Till skillnad från synlig materia, som utgör oss och vår värld, mest materia i universum - cirka 85% - består av mörk materia. Att studera ljus och svagt interagerande partiklar kan avslöja ledtrådar om mörk materia och andra långvariga pussel, såsom ursprunget till neutrinomassor.

FASER -samarbetet består av 70 medlemmar från 19 institutioner och åtta länder. FASER -forskare vid UW inkluderar Hsu, postdoktor Ke Li, doktorand John Spencer och studenter Murtaza Jafry och Jeffrey Gao. UW -teamet har deltagit i ansträngningarna att utveckla programvara och utvärdera prestanda för delar av FASER -detektorn, samt granska data från detektorn under idrifttagningsperioden. De kommer också att övervaka instrumentens prestanda i detektorn och analysera data när kollisioner vid LHC återupptas nästa år.

Forskare tror att LHC:s kollisioner producerar de ljusa och svagt interagerande partiklarna som FASER är utformad för att upptäcka. Dessa kan vara långlivade partiklar, vandrar hundratals meter innan de förfaller till andra partiklar som FASER kommer att mäta.

Experimentet ligger i en oanvänd servicetunnel längs balkens kollisionsaxel, bara 480 meter - eller nästan 1, 600 fot-från interaktionspunkten för LHC:s sexvåningars ATLAS-detektor. Denna närhet sätter FASER i ett optimalt läge för att detektera sönderfallsprodukter från ljuset och svagt interagerande partiklar.

De första anläggningsarbetena för FASER startade i maj 2020. På sommaren, de första tjänsterna och kraftsystemen installerades, och i november, FASER:s tre magneter sattes på plats i diket.

"Vi är mycket glada över att se detta projekt komma till liv så snabbt och smidigt, "sa CERN -forskaren Jamie Boyd, en FASER-med-talesperson. "Självklart, detta hade inte varit möjligt utan experthjälp från de många involverade CERN -team! "

FASER -detektorn är 5 meter lång, eller cirka 16,5 fot, och två scintillatorstationer sitter vid ingången. Stationerna kommer att ta bort bakgrundsinterferens av laddade partiklar som kommer genom grottväggen från ATLAS -interaktionspunkten. Därefter är en dipolmagnet 1,5 meter, eller cirka 5 fot, lång. Den följs av en spektrometer som består av två dipolmagneter, varje 1 meter eller drygt 3 fot lång, med tre spårningsstationer, två i vardera änden och en mellan magneterna. Varje spårningsstation består av lager av precisionssilikondetektorer. Scintillatorstationer för utlösande och exakta tidsmätningar finns vid ingången och utgången av spektrometern.

Den sista komponenten är den elektromagnetiska kalorimetern. Detta kommer att identifiera elektroner och fotoner med hög energi och mäta den totala elektromagnetiska energin. Hela detektorn kyls ner till 15 C, eller 59 F, av en oberoende kylstation.

Några av dessa komponenter monterades från reservdelar från andra LHC -experiment, inklusive ATLAS och LHCb, enligt Boyd.

FASER kommer också att ha en subdetektor, kallad FASERν, som är särskilt utformad för att upptäcka neutrinoer. Ingen neutrino producerad vid en partikelkolliderare har någonsin upptäckts, trots att kolliderare producerar dem i stort antal och med höga energier. FASERν består av emulsionsfilmer och volframplattor för att fungera som både målet och detektorn för att se neutrino -interaktioner. FASERν bör vara klar för installation i slutet av året. Hela experimentet kommer att börja ta data under körning 3 av LHC, med början 2022.