Récemment, le démonstrateur FORMOSA, qui chasse les particules millichargées, a été installé dans la caverne contenant le détecteur FASER, à 480 mètres en aval du point d'interaction ATLAS. Il va maintenant collecter ses premières données.

Certaines théories prédisent l’existence de particules élémentaires millichargées qui auraient une charge bien inférieure à celle des électrons. S'ils existent, ils donneraient des indices sur une théorie au-delà du Modèle Standard et pourraient être considérés comme des candidats à la matière noire.

Le démonstrateur FORMOSA vise à prouver la faisabilité de l'expérience complète, qui est destinée à être installée dans un hall souterrain proposé situé à environ 620 mètres du point d'interaction ATLAS.

Cette zone expérimentale, le Forward Physics Facility, est à l'étude dans le cadre de l'initiative Physics Beyond Colliders et devrait accueillir plusieurs expériences qui rechercheront des particules à vie longue prédites par des théories au-delà du modèle standard.

Ces particules seraient produites par des collisions au centre du détecteur ATLAS et interagiraient faiblement avec les particules du Modèle Standard. Si elles sont approuvées, les expériences, parmi lesquelles les expériences FASERν 2 et FLArE proposées, pourraient commencer à collecter des données lorsque le LHC à haute luminosité sera allumé en 2029.

Le démonstrateur FORMOSA comprend des scintillateurs. Lorsqu’ils interagissent avec une particule chargée, les scintillateurs émettent des photons qui sont ensuite convertis en signal électrique. Même si les muons cosmiques ou ceux issus des collisions ATLAS peuvent également frapper les scintillateurs, les particules millichargées déposent généralement beaucoup moins d'énergie dans chaque couche, ce qui les distingue des muons qui traversent le détecteur.

"Les premières études avec des données dites sans faisceau et des tests de source semblent déjà prometteuses. Cela marque une étape importante vers la réalisation de l'objectif de faire fonctionner le démonstrateur cette année et une grande démonstration de l'esprit de collaboration des projets au sein de l'installation de physique avancée, " déclare Matthew Citron, chef de projet de l'Université de Californie à Davis.

Les particules millichargées sont devenues un sujet de recherche particulier ces dernières années. Le détecteur MilliQan, situé à 33 mètres du point d'interaction CMS, ainsi que MoEDAL-MAPP à proximité de LHCb, ont commencé la collecte de données lors de l'exploitation 3 du LHC.

En 2020, une étude réalisée avec un démonstrateur plus petit, MilliQan, avait exclu l'existence de particules millichargées pour une gamme de masses et de charges. Grâce à un volume de détection plus élevé et à sa localisation dans la région la plus avancée des collisions du LHC, l'expérience FORMOSA espère étendre cette recherche.