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por Kristiane Bernhard-Novotny, CERN
El demostrador FORMOSA (primer plano) durante la instalación en la caverna subterránea del experimento FASER (al fondo). Crédito: CERN
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El demostrador FORMOSA (primer plano) durante la instalación en la caverna subterránea del experimento FASER (al fondo). Crédito: CERN
La familia de experimentos del LHC sigue creciendo. Además de los cuatro experimentos principales, una nueva generación de experimentos más pequeños está contribuyendo a la búsqueda de partículas predichas por teorías más allá del Modelo Estándar, nuestra teoría actual de la física de partículas.
Recientemente, el demostrador FORMOSA, que busca partículas milicargadas, se instaló en la caverna que contiene el detector FASER, a 480 metros aguas abajo del punto de interacción ATLAS. Ahora recopilará sus primeros datos.
Algunas teorías predicen la existencia de partículas elementales milicargadas que tendrían una carga mucho menor que la carga del electrón. Si existen, darían pistas para una teoría más allá del Modelo Estándar y podrían considerarse candidatos para la materia oscura.
El demostrador FORMOSA tiene como objetivo demostrar la viabilidad del experimento completo, que se instalará en una sala subterránea propuesta ubicada a unos 620 metros del punto de interacción ATLAS.
Esta área experimental, la Instalación de Física Avanzada, está siendo estudiada dentro de la iniciativa Physics Beyond Colliders y se espera que albergue varios experimentos que buscarán partículas de vida larga predichas por teorías más allá del Modelo Estándar.
Estas partículas se producirían por colisiones en el centro del detector ATLAS e interactuarían débilmente con las partículas del Modelo Estándar. Si se aprueban, los experimentos, entre ellos los propuestos FASERν 2 y FLArE, podrían comenzar a tomar datos cuando se encienda el LHC de alta luminosidad en 2029.
El demostrador FORMOSA consta de centelleadores. Al interactuar con una partícula cargada, los centelleadores emiten fotones que posteriormente se convierten en una señal eléctrica. Si bien los muones cósmicos o los de las colisiones de ATLAS también pueden chocar con los centelleadores, las partículas milicargadas suelen depositar mucha menos energía en cada capa, lo que las distingue de los muones que atraviesan el detector.
“Los estudios iniciales con los llamados datos sin haz y pruebas de fuentes ya parecen prometedores. Esto marca un paso importante hacia el logro del objetivo de ejecutar el demostrador este año y una gran demostración del espíritu de colaboración de los proyectos dentro del Forward Physics Facility. ” dice el líder del proyecto Matthew Citron de la Universidad de California, Davis.
Las partículas milicargadas se han convertido en un foco particular de investigación en los últimos años. El detector MilliQan, ubicado a 33 metros del punto de interacción CMS, así como MoEDAL-MAPP cerca del LHCb, comenzaron a tomar datos durante la ejecución 3 del LHC.
En 2020, un estudio realizado con un demostrador más pequeño, MilliQan, descartó la existencia de partículas milicargadas para una variedad de masas y cargas. Gracias a un mayor volumen de detección y su ubicación en la región más avanzada de las colisiones del LHC, el experimento FORMOSA espera ampliar esta búsqueda.
