Demonstrador FORMOSA é instalado para testar viabilidade de detectar partículas além do Modelo Padrão, contribuindo para futuras pesquisas sobre matéria escura.
O demonstrador FORMOSA, instalado recentemente na caverna que abriga o detector FASER, a 480 metros do ponto de interação ATLAS, marca um avanço significativo na busca por partículas milicarregadas previstas por teorias que vão além do Modelo Padrão. O experimento faz parte de uma nova geração de testes no Grande Colisor de Hádrons (LHC).
Além das quatro grandes Colaborações principais do CERN (CMS, LHCb, ALICE e ATLAS), uma nova geração de experimentos menores está surgindo para explorar partículas previstas por teorias além do Modelo Padrão (Física Padrão), a nossa teoria atual da física de partículas. Um dos mais recentes avanços é a instalação do demonstrador FORMOSA, que caça partículas milicarregadas, na caverna onde se encontra o detector FASER, a 480 metros a jusante do ponto de interação ATLAS. Este novo equipamento começará a coletar seus primeiros dados, marcando um passo crucial na comprovação da viabilidade do experimento completo.
Algumas teorias sugerem a existência de partículas elementares milicarregadas, com cargas muito menores que a do elétron. Se comprovadas, essas partículas poderiam fornecer pistas para uma nova teoria além do Modelo Padrão e ser potenciais candidatos à matéria escura. O demonstrador FORMOSA visa validar a viabilidade de um experimento maior, que deverá ser instalado em uma sala subterrânea proposta a cerca de 620 metros do ponto de interação do ATLAS.
Esta área experimental, conhecida como Forward Physics Facility, está sendo estudada dentro da iniciativa Physics Beyond Colliders e deverá abrigar diversos experimentos destinados a procurar partículas de vida longa previstas por teorias além do Modelo Padrão. Entre eles, destacam-se os propostos FASERν 2 e FLArE, que poderão começar a coletar dados quando o LHC de alta luminosidade entrar em operação em 2029.
O demonstrador FORMOSA é composto por cintiladores que emitem fótons ao interagir com uma partícula carregada. Esses fótons são então convertidos em sinais elétricos. Embora múons cósmicos ou colisões do ATLAS também possam atingir os cintiladores, as partículas milicarregadas depositam muito menos energia em cada camada, o que as diferencia dos múons que atravessam o detector.
“Os estudos iniciais com os chamados dados sem feixe e testes de fonte já parecem promissores. Isto marca um passo importante para atingir a meta de operar o demonstrador este ano e uma grande demonstração do espírito colaborativo dos projetos dentro do Forward Physics Facility”, disse o líder do projeto, Matthew Citron, da Universidade da Califórnia, Davis.
Nos últimos anos, a pesquisa sobre partículas milicarregadas tem ganhado destaque. O detector MilliQan, localizado a 33 metros do ponto de interação do CMS, e o MoEDAL-MAPP, próximo ao LHCb, começaram a coletar dados durante a Execução 3 do LHC. Em 2020, um estudo com um demonstrador menor do MilliQan descartou a existência de partículas milicarregadas para várias massas e cargas. Graças a um maior volume de detecção e à sua localização estratégica na região mais à frente das colisões do LHC, o experimento FORMOSA espera ampliar essa busca.
A instalação do demonstrador FORMOSA apresenta potencial para pesquisa de partículas milicarregadas, atendendo as necessidades em explorar e expandir os limites do conhecimento além do Modelo Padrão. À medida que a Forward Physics Facility avança, a esperança é que esses experimentos contribuam significativamente para a compreensão da matéria escura e outras incógnitas fundamentais da física de partículas, potencialmente revolucionando nosso entendimento do universo.
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