La dernière expérience au CERN, l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire, est maintenant en place au Large Hadron Collider à Genève. FASER, ou Expérience de recherche avancée, a été approuvé par le comité de recherche du CERN en mars 2019. Désormais installé dans le tunnel du LHC, cette expérience, qui cherche à comprendre les particules qui, selon les scientifiques, peuvent interagir avec la matière noire, subit des tests avant le début de la collecte des données l'année prochaine.

"C'est une étape importante pour l'expérience, " dit Shih-Chieh Hsu, un scientifique FASER et professeur agrégé de physique à l'Université de Washington. "FASER sera prêt à collecter des données sur les collisions du Grand collisionneur de hadrons lorsqu'elles reprendront au printemps 2022."

FASER est conçu pour étudier les interactions des neutrinos de haute énergie et pour rechercher de nouvelles, la lumière encore inconnue et les particules interagissant faiblement, qui, selon certains scientifiques, interagissent avec la matière noire. Contrairement à la matière visible, qui nous compose et notre monde, la majeure partie de la matière dans l'univers - environ 85 % - est constituée de matière noire. L'étude des particules lumineuses et interagissant faiblement peut révéler des indices sur la nature de la matière noire et d'autres énigmes de longue date, comme l'origine des masses de neutrinos.

La collaboration FASER se compose de 70 membres de 19 institutions et de huit pays. Les scientifiques de FASER à l'UW comprennent Hsu, chercheur postdoctoral Ke Li, le doctorant John Spencer et les étudiants de premier cycle Murtaza Jafry et Jeffrey Gao. L'équipe UW a participé aux efforts de développement de logiciels et d'évaluation des performances de certaines parties du détecteur FASER, ainsi que de scruter les données du détecteur pendant sa période de mise en service. Ils surveilleront également les performances des instruments du détecteur et analyseront les données lorsque les collisions au LHC reprendront l'année prochaine.

Les chercheurs pensent que les collisions du LHC produisent les particules légères et à faible interaction que FASER est conçu pour détecter. Il peut s'agir de particules à vie longue, parcourir des centaines de mètres avant de se désintégrer en d'autres particules que FASER mesurera.

L'expérience est située dans un tunnel de service inutilisé le long de l'axe de collision du faisceau, à peine 480 mètres, soit presque 1, 600 pieds—du point d'interaction du détecteur ATLAS à six étages du LHC. Cette proximité place FASER dans une position optimale pour détecter les produits de désintégration de la lumière et des particules à interaction faible.

Les premiers travaux de génie civil de FASER ont démarré en mai 2020. A l'été, les premiers services et systèmes électriques ont été installés, et en novembre, Les trois aimants de FASER ont été mis en place dans la tranchée.

« Nous sommes extrêmement heureux de voir ce projet prendre vie si rapidement et en douceur, " a déclaré le scientifique du CERN Jamie Boyd, un co-porte-parole du FASER. "Bien sûr, cela n'aurait pas été possible sans l'aide experte des nombreuses équipes du CERN impliquées !"

Le détecteur FASER mesure 5 mètres de long, ou environ 16,5 pieds, et deux stations de scintillateurs se trouvent à son entrée. Les stations élimineront les interférences de fond causées par les particules chargées qui traversent la paroi de la caverne depuis le point d'interaction d'ATLAS. Vient ensuite un aimant dipolaire de 1,5 mètre, ou environ 5 pieds, longue. Il est suivi d'un spectromètre composé de deux aimants dipolaires, chaque 1 mètre ou un peu plus de 3 pieds de long, avec trois stations de suivi, deux à chaque extrémité et un entre les aimants. Chaque station de suivi est constituée de couches de détecteurs de précision en bande de silicium. Des stations de scintillation pour le déclenchement et les mesures de temps de précision sont situées à l'entrée et à la sortie du spectromètre.

Le dernier composant est le calorimètre électromagnétique. Cela identifiera les électrons et les photons de haute énergie et mesurera l'énergie électromagnétique totale. L'ensemble du détecteur est refroidi à 15 C, ou 59F, par une station de refroidissement indépendante.

Certains de ces composants ont été assemblés à partir de pièces détachées d'autres expériences LHC, dont ATLAS et LHCb, selon Boyd.

FASER disposera également d'un sous-détecteur, appelé FASERν, qui est spécifiquement conçu pour détecter les neutrinos. Aucun neutrino produit dans un collisionneur de particules n'a jamais été détecté, malgré les collisionneurs les produisant en grand nombre et à haute énergie. FASERν est composé de films d'émulsion et de plaques de tungstène servant à la fois de cible et de détecteur pour voir les interactions des neutrinos. FASERν devrait être prêt à être installé d'ici la fin de l'année. L'ensemble de l'expérience commencera à prendre des données pendant la troisième phase du LHC, à partir de 2022.