Esperimento FASER: differenze tra le versioni

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{{LHC}}

'''FASER''' ( '''ForwArd Search ExpeRiment''' ) è uno degli otto esperimenti di [[fisica delle particelle]] in programma per il 2022 al [[Large Hadron Collider]] del [[CERN]]. È progettato sia per la ricerca di nuove [[Particella elementare|particelle elementari]] leggere e debolmente accoppiate, sia per studiare le interazioni dei [[Neutrino|neutrini]] ad alta energia. <ref>{{Cita web|url=https://www.washington.edu/news/2019/03/05/faser-detector-lhc/|titolo= |sito=UW News|dataaccessoaccesso=11 Aprilaprile 2021}}</ref>

L'esperimento è stato installato nel tunnel di servizio TI12, a 480 m a valle del punto di interazione utilizzato dall'esperimento [[Esperimentoesperimento ATLAS|ATLAS]] . <ref name=":0">{{Cita web|url=https://home.cern/news/news/experiments/ls2-report-faser-born|titolo= |sito=CERN|lingua=en|dataaccessoaccesso=2021-03-25 marzo 2021}}</ref> Questo tunnel veniva in precedenza utilizzato per iniettare il fascio dall'[[Super Proton Synchrotron|SPS]] nell'acceleratore [[Large Electron-Positron Collider|LEP]]. Grazie a questa collocazione strategica, l'esperimento FASER riesce a trovarsi in prossimità di un fascio intenso ed altamente collimato, sia di neutrini, che di ipotetiche nuove particelle. Inoltre, è protetto da ATLAS da circa 100 metri di roccia e cemento, fornendo un ambiente a basse radiazioni estranee. L'esperimento FASER è stato approvato nel 2019 e inizierà a raccogliere dati durante il run 3 di LHC, a partire dal 2022. <ref name=":0" /> <ref>{{Cita web|url=https://home.cern/news/news/experiments/faser-cern-approves-new-experiment-look-long-lived-exotic-particles|titolo= |sito=CERN|lingua=en|dataaccessoaccesso=2019-12-19 dicembre 2019}}</ref> <ref>{{Cita web|url=https://home.cern/news/news/physics/fasers-new-detector-expected-catch-first-collider-neutrino|titolo= |sito=CERN|lingua=en|dataaccessoaccesso=2019-12-19 dicembre 2019}}</ref>

== Nuove ricerche in fisica ==

Lo scopo principale dell'esperimento [[Assione|FASER]] è quello di cercare nuove particelle leggere che interagiscono debolmente, e che non sono state ancora scoperte, come [[Fotone|fotoni]] oscuri, particelle simili ad [[Assione|assioni]] o a [[Neutrino sterile|neutrini sterili]]. <ref>{{CiteCita journalpubblicazione|datedata=5 febbraio 2018-02-05|titletitolo=FASER: ForwArd Search ExpeRiment at the LHC|arxiv=1708.09389|volume=97|doi=10.1103/PhysRevD.97.035001|issn=2470-0010}}</ref> <ref>{{CiteCita journalpubblicazione|datedata=15 maggio 2019-05-15|titletitolo=FASER's Physics Reach for Long-Lived Particles|arxiv=1811.12522|volume=99|doi=10.1103/PhysRevD.99.095011|issn=2470-0010}}</ref> Se queste particelle fossero sufficientemente leggere, potrebbero essere prodotte con rari decadimenti degli [[Adrone|adroni]]. Tali particelle saranno perciò prodotte prevalentemente nella stessa direzione dell'asse di collisione, formando un fascio altamente collimato, e possono ereditare una grande frazione dell'energia del fascio di protoni di LHC. Inoltre, a causa del loro scarso accoppiamento con le particelle del [[modello standard]] e a causa dei grandi boost, queste particelle hanno un'esistenza prolungata e possono facilmente viaggiare per centinaia di metri senza interagire, prima che decadano in particelle del modello standard. Questi decadimenti conducono a un notevole segnale, ossia una comparsa di particelle altamente energetiche, che FASER mira a rilevare.

== Fisica dei neutrini ==

Essendo L'LHC il collisore di particelle più ad alta energia del pianeta, anche i neutrini da esso generati sono da considerarsi come i maggiormente energetici, quantomeno fra quelli prodotti in un ambiente controllato. Le collisioni all'LHC conducono a un consistente fascio di neutrini ad alta energia, di tutti i [[Sapore (fisica)|sapori]], che sono altamente collimati intorno all'asse di collisione del flusso, e fluiscono attraverso la posizione FASER. Il rilevatore interno dedicato FASERν (FASERnu) è progettato proprio per rilevare questi neutrini.<ref>{{CiteCita journalpubblicazione|lastcognome=Abreu et al. (FASER collaboration)|titletitolo=Detecting and Studying High-Energy Collider Neutrinos with FASER at the LHC|arxiv=1908.02310|journalrivista=The European Physical Journal C|volume=80|issuenumero=1|pagesp=61|doi=10.1140/epjc/s10052-020-7631-5|yearanno=2020}}</ref> Esso registrerà e studierà migliaia di interazioni fra neutrini, il che consentirà di misurare le sezioni d'urto dei neutrini ad energie dell'ordine del [[Elettronvolt|TeV]], alle quali i neutrini rimangono svincolati.

FASERnu, secondo le previsioni, possiederà le seguenti caratteristiche:

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# Capacità di captare interazioni tra neutrini e antineutrini di qualsiasi gusto e capacità di misurarne la sezione d'urto alle scale energetiche dell'ordine del TeV.

# Capacità di rilevare ~10000 neutrini durante il suo periodo di esecuzione e di vedere il maggior numero di interazioni nucleo- neutrino tau e nucleo-neutrino elettronico, nonché di aprire ampie opportunità per gli studi sui neutrini.

# Capacità di effettuare misurazioni molto precise sulla velocità delle interazioni dei [[Neutrino muonico|neutrini muonici]] su una scala energetica mai esplorata prima.

Nel 2021, la collaborazione FASER ha annunciato l'osservazione dei primi candidati ad essere interazione dei neutrini presso l'LHC. <ref>{{CiteCita journalpubblicazione|arxiv=2105.06197|lingua=en|volume=104|doi=10.1103/PhysRevD.104.L091101|issn=2470-0010}}</ref> <ref>{{Cita web|url=https://www.forbes.com/sites/brucedorminey/2021/11/24/suitcase-sized-neutrino-detector-hits-pay-dirt-at-large-hadron-collider/|titolo= |sito=Forbes|lingua=en|dataaccessoaccesso=2021-11-26 novembre 2021}}</ref> <ref>{{Cita web|url=https://news.uci.edu/2021/11/24/uci-led-team-of-physicists-detects-signs-of-neutrinos-at-large-hadron-collider/|titolo= |sito=UCI News|lingua=en-US|dataaccessoaccesso=2021-11-26 novembre 2021}}</ref>

== Rivelatore ==

[[File:FASER_Detector_Layout.png|alt=|nessuno|miniaturathumb|481x481pxupright=2.2| Struttura del rivelatore FASER]]

All'estremità anteriore di FASER si trova il rivelatore di neutrini FASERν. Esso è costituito da diversi strati di film di emulsione intercalati con lastre di tungsteno, il quale funge da materiale bersaglio per le interazioni dei neutrini. Dietro FASERν e all'ingresso del rivelatore principale c'è una particella carica di veto costituita da [[Scintillatore|scintillatori]] plastici. Quest'ultimo è seguito da ununo spazio vuoto di decadimento lungo 1,5 metri e da uno [[spettrometro]] lungo 2 metri, immersi in un campo magnetico di 0,55 [[Tesla (unità di misura)|T.]] Lo spettrometro è composto da tre stazioni di tracciamento, i cui strati di [[Rivelatore a semiconduttore|rivelatori di precisione a strisce di silicio]] servono a captare le particelle cariche prodotte in seguito al decadimento di particelle a lunga vita. Il sensore terminale è invece un [[Calorimetro (fisica delle particelle)|calorimetro]] elettromagnetico.

== RiferimentiNote ==

<references />

{{Reflist}}

== Collegamenti esterni ==

* [{{Cita web||url=https://faser.web.cern.ch|titolo=Sito Official FASER website]ufficiale}}

* [{{Cita web||url=https://inspirehep.net/experiments/1711193 |titolo=FASER experiment] record on INSPIRE-HEP}}

{{CERN}}

[[Categoria:Large Hadron Collider]]

[[Categoria:Esperimenti di fisica delle particelle]]