Количество экспериментов на LHC продолжает расти. Наряду с четырьмя основными экспериментами, новое поколение более мелких экспериментов вносит свой вклад в поиск частиц, которые были предсказаны теориями, выходящими за рамки Стандартной модели. Недавно демонстратор FORMOSA, который охотится за частицами с малым зарядом, был установлен в помещении с детектором FASER в 480 метрах ниже точки взаимодействия ATLAS. Теперь FORMOSA будет собирать свои первые данные.

Некоторые теории предсказывают существование элементарных частиц с зарядом, много меньшим заряда электрона (миллизарядные частицы, millicharged particles). Если такие частицы существуют, то они дают ключ к теории, выходящей за рамки Стандартной модели, и могут рассматриваться как кандидаты на темную материю.

Установка FORMOSA призвана продемонстрировать принципиальную осуществимость полного эксперимента, который намерены провести в подземном зале, расположенном примерно в 620 метрах от точки взаимодействия ATLAS. Эта экспериментальная зона - Forward Physics Facility - изучается в рамках инициативы Physics Beyond Colliders и, как ожидается, в ней будет проведено несколько экспериментов по поиску долгоживущих частиц, предсказанных теориями, выходящими за рамки Стандартной модели. Эти частицы будут образовываться в результате столкновений в центре детектора ATLAS и слабо взаимодействовать с частицами Стандартной модели. Если эксперименты будут одобрены, они, в том числе и предложенные эксперименты FASERν 2 и FLArE, смогут начать получать данные, когда в 2029 году будет включен LHC с высокой светимостью.

Демонстратор FORMOSA состоит из сцинтилляторов. При взаимодействии с заряженной частицей сцинтилляторы испускают фотоны, которые затем преобразуются в электрический сигнал. Хотя космические мюоны или мюоны от столкновений в ATLAS также могут поражать сцинтилляторы, миллизарядные частицы обычно вкладывают гораздо меньше энергии в каждый слой, что отличает их от мюонов, проходящих через детектор.

«Первые исследования с так называемыми данными без пучка и испытаниями источника уже выглядят многообещающе. Это важный шаг на пути к достижению цели - запустить FORMOSA в этом году - и отличная демонстрация духа сотрудничества проектов в рамках Forward Physics Facility", - говорит руководитель проекта Мэтью Цитрон из Калифорнийского университета в Дэвисе.

Миллизарядные частицы в последние годы стали предметом особого внимания исследователей. Детектор MilliQan, расположенный в 33 метрах от точки взаимодействия CMS, а также MoEDAL-MAPP вблизи LHCb начали сбор данных во время третьего запуска LHC. В 2020 году исследование, проведенное с помощью меньшего демонстратора MilliQan, исключило существование миллизарядных частиц для ряда масс и зарядов. Благодаря большему объему детектирования и расположению в дальней передней области столкновений LHC, эксперимент FORMOSA надеется расширить этот поиск.