La detección de Materia Oscura

[AlbertR]

Aunque el Universo está lleno de “pruebas” astronómicas de la existencia de la Materia Oscura: curvas de rotación galáctica, cohesión en los cúmulos galácticos, colisiones de cúmulos de galaxias (como el cúmulo bala), espectro de potencias de las anisotropías del CMB, lentes gravitacionales, oscilaciones acústicas de bariones, … todas estas pruebas son indirectas, se basan en la detección de efectos gravitatorios a gran escala producidos por la materia oscura. Desde hace ya bastantes años se intenta la detección directa de partículas de materia oscura hasta ahora sin éxito.
En este contexto, leo hoy que FASER (Forward Search Experiment) es un nuevo experimento del Large Hadron Colider (LHC) para la búsqueda de partículas ligeras con interacción débil asociadas a la Materia Oscura aprobado ayer por el CERN. FASER complementará el programa de Física en curso del CERN, extendiendo su potencial de descubrimiento a potenciales nuevas partículas y se espera que sea operativo en 2021.

 

Este nuevo experimento contribuye a diversificar el programa de Física del colisionador de partículas más grande del mundo (LHC), y permite abordar preguntas sin respuesta en Física de partículas desde una perspectiva diferente, ha explicado en un comunicado Mike Lamont, co-coordinador del grupo de estudio PBC (Physics Beyond Collider), que supervisa FASER.
Los cuatro detectores principales del LHC no son adecuados para detectar partículas ligeras de interacción débil que podrían producirse paralelamente a la línea del haz. Éstas podrían viajar cientos de metros sin interactuar con ningún material antes de transformarse en partículas conocidas y detectables, como electrones y positrones. Las partículas exóticas, de producirse, escapan a los detectores existentes a lo largo de las líneas del haz de corriente y permanecen sin ser detectadas. Por lo tanto, FASER se ubicará a lo largo de la trayectoria del haz, a 480 metros aguas abajo del punto de interacción situado dentro de ATLAS.

 

 

Aunque los protones en los haces de partículas del LHC son desviados por imanes y obligados a girar siguiendo el perímetro del LHC, las posibles partículas ligeras que interactúan muy débilmente, continuarían a lo largo de una línea recta y sus "productos de desintegración" podrán ser detectados por FASER. Las potenciales nuevas partículas estarían muy colimadas con el haz, dispersándose muy poco y permitiendo así que un detector relativamente pequeño y barato realice búsquedas altamente sensibles.

La longitud total del detector es inferior a 5 metros y su estructura cilíndrica central tiene un radio de tan solo 10 centímetros. Se instalará en un túnel lateral a lo largo de una línea de transferencia no utilizada que conecta el LHC con su inyector, el Super Proton Synchrotron. Para que FASER pueda construirse de forma rápida y asequible, se utilizarán piezas de repuesto de los detectores, donadas amablemente por los experimentos ATLAS y LHCb. La colaboración formada por 16 institutos que están construyendo el detector y que llevará a cabo los experimentos, cuenta con el apoyo de la Fundación Heising-Simons y la Fundación Simons.

 

FASER buscará partículas hipotéticas de interacción débil, incluyendo los llamados "fotones oscuros", partículas que están asociadas con la materia oscura, neutralinos y otros. El experimento se instalará durante la actual parada prolongada 2 (Long Shutdown 2) en curso y comenzará a tomar datos en el LHC’s Run 3 que se ejecutará entre 2021 y 2023. FASER es una propuesta de Física fina que aborda un aspecto particular en la búsqueda de Física más allá del Modelo Estándar.
Lo he leído en FASER: CERN approves new experiment to look for long-lived, exotic particles
Y podéis encontrar esquemas, planos, detalles técnicos y amplia documentación en: FASER (ForwArd Search ExpeRiment at the LHC) webpage

 

Saludos.