Детектор рассеяния и нейтрино
 План экспериментов БАК и преускорителей. | |
| эксперименты на БАКе | |
|---|---|
| АТЛАС | Тороидальный аппарат БАК |
| система управления контентом | Компактный мюонный соленоид |
| LHCb | БАК-красота |
| АЛИСА | Эксперимент на большом ионном коллайдере |
| ТОТЕМ | Полное сечение, упругое рассеяние и дифракционная диссоциация |
| БАКф | LHC-вперед |
| МОЭДАЛ | Монополь и детектор экзотики на БАКе |
| ФАЗЫ | эксперимент с прямым поиском |
| СНД | Детектор рассеяния и нейтрино |
| Преускорители БАК | |
| р и Pb | Линейные ускорители протонов свинца (Linac 4) и ( Linac 3) |
| (не отмечено) | Протонный синхротронный ускоритель |
| ПС | Протонный синхротрон |
| СПС | Суперпротонный синхротрон |
Детектор рассеяния и нейтрино (SND) на Большом адронном коллайдере (LHC), ЦЕРН , представляет собой эксперимент, построенный для обнаружения коллайдера нейтрино . Основная цель SND — измерить p+p --> +X процесс и поиск слабо взаимодействующих частиц . Он будет введен в эксплуатацию с 2022 года во время третьего запуска LHC (2022–2024 годы). SND будет установлен в пустом туннеле TI18, который соединяет БАК и суперпротонный синхротрон , в 480 метрах от точки взаимодействия эксперимента ATLAS в области ускоренной перемотки вперед и вдоль оси столкновения пучков. [1] [2] [3] [4] [5]
В феврале 2020 года коллаборация Search for Hidden Particle (SHiP) выразила нейтрино Совету БАКа (LHCC) свой интерес к измерению . Письмо о намерениях SND было представлено в августе 2020 года. [6] По рекомендации LHCC за письмом о намерениях последовал отчет о техническом проекте, представленный в феврале 2021 года. Позднее в марте 2021 года эксперимент был одобрен Исследовательским советом ЦЕРН как девятый эксперимент на LHC. [1] [7] В 2023 году SND@LHC и FASER сообщили о первом наблюдении коллайдерных нейтрино. [8] [9] [10]
Физический потенциал и цели
[ редактировать ]SND будет охватывать широкий спектр физических задач, например обнаружение всех трех разновидностей нейтрино в диапазоне псевдобыстрот (угловых), который никогда раньше не исследовался. [3] Наряду с детектором FASERnu на БАКе, это будет первый эксперимент по наблюдению и изучению нейтрино коллайдера . [5] Он также будет искать частицы за пределами стандартной модели, такие как слабо взаимодействующие частицы и частицы, которые могут составлять темную материю . [6]
Физика с нейтрино
[ редактировать ]SND будет в основном наблюдать нейтрино в диапазоне псевдобыстрот от 7,2 до 8,6. Он обнаружит рассеивающие свойства нейтрино в этом еще неисследованном диапазоне и дополнит диапазон наблюдений FASERnu. [2] [3] [11] Нейтрино в этом диапазоне возникают в результате распада тяжелых кварков, например распада очарования (c → s + : очаровательный кварк, распадающийся на странный кварк и W-бозон ), и, следовательно, цель SND — дать ценную информацию о физике образования тяжелых кварков. Исследования образования очарованных адронов также предоставят данные для ограничения глюонных функции распределения партонов в области низкого Бьёркена-x. [5] [6] Ожидается, что в ходе своего первого запуска, то есть запуска-3 БАКа в период с 2022 по 2025 год, SND обнаружит и изучит около 2000 нейтрино высоких энергий. [5] [11]
Физика со слабовзаимодействующими частицами
[ редактировать ]Предполагается, что слабо взаимодействующие частицы (FIP) образуются в результате протон-протонных столкновений. SND может обнаруживать два типа FIP; стабильные FIP, наблюдая за их рассеянием на атомах (в основном протонах) в целевой секции детектора, и нестабильные FIP, которые могут распадаться внутри самого детектора. [6] Частицы светлой и темной материи, предположительно обладающие рассеивающими свойствами, подобными нейтрино, и которые взаимодействуют с частицами Стандартной модели через «портальные посредники», также могут быть обнаружены как FIP. [12] хотя их придется отделить от фона рассеяния нейтрино. Одним из основных критериев такого разделения было бы наблюдение за количеством случаев неупругих и упругих столкновений . Нейтрино обычно рассеиваются неупруго из-за большой массы их медиаторов ( W- и Z-бозонов ). Таким образом, количество упругих столкновений, превышающее предсказанное, будет указывать на события рассеяния легкой темной материи. [6] [11]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б «ЦЕРН одобрил новый эксперимент на БАКе» . ЦЕРН . Проверено 28 июля 2021 г.
- ^ Jump up to: а б «Коллайдерные нейтрино на горизонте» . ЦЕРН Курьер . 2021-06-02 . Проверено 19 августа 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с «Планирование эксперимента SND@LHC» . Новости ЭП . Проверено 19 августа 2021 г.
- ^ "ВДОХНОВЛЯТЬ" . www.inspirhep.net . Проверено 19 августа 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с д Пасторе, А. (декабрь 2020 г.). «Нейтринная физика с экспериментом SHiP в ЦЕРН» . Физический журнал: серия конференций . 1690 : 012171. doi : 10.1088/1742-6596/1690/1/012171 . ISSN 1742-6588 . S2CID 221931137 .
- ^ Jump up to: а б с д и Сотрудничество, СНД (2020). Рассеяние и детектор нейтрино на БАК . Письмо о намерениях. ЦЕРН. Женева. Комитет экспериментов БАК, LHCC.
- ^ «Серая книга» . greybook.cern.ch . Проверено 19 августа 2021 г.
- ^ Коллаборация SND@LHC; Альбанезе, Р.; Александров А.; Аликанте, Ф.; Анохина А.; Асада, Т.; Баттилана, К.; Бэй, А.; Бетанкур, К.; Бисвас, Р.; Бланко Кастро, А.; Богомилов М.; Бонакорси, Д.; Бонивенто, WM; Бордало, П. (19 июля 2023 г.). «Наблюдение коллайдерных мюонных нейтрино с помощью эксперимента SND@LHC» . Письма о физических отзывах . 131 (3): 031802. arXiv : 2305.09383 . doi : 10.1103/PhysRevLett.131.031802 .
- ^ Сотрудничество ФАСЕР; Абреу, Хенсо; Андерс, Джон; Антел, Клэр; Арига, Акитака; Арига, Томоко; Аткинсон, Джереми; Бернлохнер, Флориан У.; Блесген, Тобиас; Бек, Тобиас; Бойд, Джейми; Бреннер, Лидия; Каду, Франк; Каспер, Дэвид В.; Кавана, Шарлотта (19 июля 2023 г.). «Первое прямое наблюдение коллайдерных нейтрино с помощью FASER на БАКе» . Письма о физических отзывах . 131 (3): 031801. arXiv : 2303.14185 . doi : 10.1103/PhysRevLett.131.031801 .
- ^ Вустер, Элизабет (19 июля 2023 г.). «Рассвет коллайдерной нейтринной физики» . Физика . 16 :113 . Проверено 23 июля 2023 г.
- ^ Jump up to: а б с Ахдида, К.; Альбанезе, Р.; Александров А.; Андреини, М.; Анохина А.; Бэй, А.; Бестманн, П.; Бетанкур, К.; Безшико И. (2021). SND@LHC — Детектор рассеяния и нейтрино на БАК . Техническое предложение. ЦЕРН. Женева. Комитет экспериментов БАК, LHCC.
- ^ Коллаборация ШИП; Ахдида, К.; Акмете, А.; Альбанезе, Р.; Александров А.; Анохина А.; Аоки, С.; Ардуини, Г.; Аткин, Э.; Азорский Н.; Назад, Джей-Джей (апрель 2021 г.). «Чувствительность эксперимента ШИП к светлой темной материи» . Журнал физики высоких энергий . 2021 (4): 199. Бибкод : 2021JHEP...04..199S . дои : 10.1007/JHEP04(2021)199 . hdl : 10400.26/40350 . ISSN 1029-8479 . S2CID 228980760 .