CERN installiert neues LHC-Experiment zur Beobachtung von Neutrinos

Schematische Darstellung des SND@LHC-Experiments aus einem Wolframziel mit Emulsionsfilmen (gelb) und elektronischen Trackingsystemen (grau), angeschlossen an einen Detektor (braun). (Credits: Image: Antonio Crupano / SND@LHC)
Schematische Darstellung des SND@LHC-Experiments aus einem Wolframziel mit Emulsionsfilmen (gelb) und elektronischen Trackingsystemen (grau), angeschlossen an einen Detektor (braun). (Credits: Image: Antonio Crupano / SND@LHC)

Der weltgrößte und stärkste Teilchenbeschleuniger bekommt ein neues Experiment. Im März 2021 genehmigte das CERN Research Board das neunte Experiment am Large Hadron Collider: SND@LHC oder Scattering and Neutrino Detector at the LHC. Es wurde entworfen, um Neutrinos zu registrieren und zu untersuchen und wird das Forschungsspektrum der anderen LHC-Experimente ergänzen und erweitern. Neutrinos sind Teilchen, die mit dem Elektron vergleichbar sind, aber keine elektrische Ladung tragen und nur eine sehr geringe Masse besitzen.

SND@LHC ergänzt besonders FASERv, einen Neutrino-Subdetektor des FASER-Experiments, der erst kürzlich im LHC-Tunnel installiert wurde. Neutrinos wurden von vielen Quellen registriert, aber sie bleiben die rätselhaftesten Elementarteilchen im Universum. FASERv und SND@LHC werden erstmals Messungen der in einem Teilchenkollidierer erzeugten Neutrinos vornehmen und könnten dadurch einen neuen Weg in die Neutrinophysik öffnen.

SND@LHC ist ein kompaktes Instrument, das aus einem Neutrinoziel und daran angeschlossen aus einem Gerät zur Registrierung von Myonen besteht, den schwereren Cousins der Elektronen. Sie werden produziert, wenn Neutrinos mit dem Ziel interagieren. Das Ziel besteht aus Wolfram-Platten mit Emulsionsfilmen und elektronischen Trackingsystemen dazwischen. Die Emulsionsfilme offenbaren die Bahnen der durch die Neutrino-Interaktionen produzierten Teilchen, während die elektronischen Systeme die Zeitstempel für diese Spuren geben. Zusammen mit dem Myonen-Detektor messen die Trackingsysteme auch die Energie der Neutrinos.

Wie FASERv wird auch SND@LHC imstande sein, Neutrinos aller Arten zu registrieren: Elektronneutrinos, Myonneutrinos und Tauneutrinos. Aber im Gegensatz zu FASERv, das an einer Seite des ATLAS-Detektors installiert ist und in der Strahllinie des LHCs liegt (der von den Teilchenstrahlen genommenen Bahn), wird SND@LHC leicht neben der Strahllinie auf der gegenüberliegenden Seite von ATLAS positioniert werden. Dieser Standort wird SND@LHC erlauben Neutrinos zu registrieren, die in Bezug zur Strahllinie in kleinen Winkeln erzeugt werden, aber in größeren Winkeln als jene, die von FASERv abgedeckt werden.

„Der Winkelbereich, den SND@LHC abdecken wird, ist momentan unerforscht“, sagte der SND@LHC-Sprecher Giovanni De Lellis. „Und weil ein großer Teil der in diesem Bereich produzierten Neutrinos aus den Zerfallsprozessen von Teilchen stammen, die aus schweren Quarks bestehen, können diese Neutrinos verwendet werden, um die Erzeugung solcher Teilchen in einem Winkelbereich zu untersuchen, den andere LHC-Experimente nicht erfassen können.“

SND@LHC wird auch in der Lage sein, nach neuen Teilchen zu suchen – sehr schwach wechselwirkende Teilchen, die vom Standardmodell der Teilchenphysik nicht vorhergesagt werden und aus denen Dunkle Materie bestehen könnte.

SND@LHC wird im Laufe des Jahres 2021 in einem ungenutzten Tunnel installiert, der den LHC mit dem Super Proton Synchrotron verbindet. Es soll mit der Datensammlung beginnen, wenn der LHC im kommenden Jahr seinen Betrieb wieder aufnimmt.

Quelle

(THK)

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