Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

A literature review of FASERν - An emulsion detector for collider neutrinos

Andersson Loman, Lisa LU (2021) FYSK02 20202
Particle Physics
Department of Physics
Abstract
In 2021, the ForwArd Search ExpeRiment (FASER) will start searching for light and weakly coupled particles 480m from the proton-proton collision point of ATLAS at the Large Hadron Collider (LHC). The FASER main detector will have a sub-detector, FASERν, sensitive to high-energy collider neutrinos of all flavours. This literature review of FASERν focuses on the neutrino program of FASER and apart from presenting the physics reach for FASERν it will also give an overview of the main experiment and the main detector. The flux of high-energy collider neutrinos and the number of neutrinos expected to interact in the detector is presented. The physics possibilities for FASER and FASERν are then discussed and an outlook for similar experiments is... (More)
In 2021, the ForwArd Search ExpeRiment (FASER) will start searching for light and weakly coupled particles 480m from the proton-proton collision point of ATLAS at the Large Hadron Collider (LHC). The FASER main detector will have a sub-detector, FASERν, sensitive to high-energy collider neutrinos of all flavours. This literature review of FASERν focuses on the neutrino program of FASER and apart from presenting the physics reach for FASERν it will also give an overview of the main experiment and the main detector. The flux of high-energy collider neutrinos and the number of neutrinos expected to interact in the detector is presented. The physics possibilities for FASER and FASERν are then discussed and an outlook for similar experiments is given. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
480 meter bortom Standardmodellen - FASER letar där ingen letat förut

Under 2020 har ett nytt experiment börjat ta form vid Large Hadron Collider, LHC, på CERN. Projektet ska försöka fånga upp lätta, extremt svagt växelverkande partiklar som (de flesta av) dagens partikeldetektorer missar. Syftet är att hitta fysik bortom Standardmodellen samt att vidare kartlägga svårfångade neutriner.

När partiklar med hög energi krockas vid en partikelaccelerator produceras det massor av partiklar som sprider ut sig i alla möjliga riktningar. Detektorerna är vanligtvis placerade nära kollisionspunkten på ett sätt så att partikelstrålen kan fortsätta sin bana runt acceleratorn. I de experiment där detektorerna är placerade på detta sätt så drunknar... (More)
480 meter bortom Standardmodellen - FASER letar där ingen letat förut

Under 2020 har ett nytt experiment börjat ta form vid Large Hadron Collider, LHC, på CERN. Projektet ska försöka fånga upp lätta, extremt svagt växelverkande partiklar som (de flesta av) dagens partikeldetektorer missar. Syftet är att hitta fysik bortom Standardmodellen samt att vidare kartlägga svårfångade neutriner.

När partiklar med hög energi krockas vid en partikelaccelerator produceras det massor av partiklar som sprider ut sig i alla möjliga riktningar. Detektorerna är vanligtvis placerade nära kollisionspunkten på ett sätt så att partikelstrålen kan fortsätta sin bana runt acceleratorn. I de experiment där detektorerna är placerade på detta sätt så drunknar ovanliga fysikhändelser bland andra kända standardmodellsinteraktioner. Men det produceras även partiklar i riktning längs med kollisionsaxeln, bland dessa finns svagt växelverkande lätta partiklar. Dessa partiklar kan färdas långa sträckor innan de sönderfaller eller växelverkar med något och fram tills nu har det inte funnits någon detektor som kunnat fånga upp partiklarna där.

Experimentet som är under uppbyggnad vid LHC, världens största partikelaccelerator-anläggning, heter ForwArd SearchExpeRiment, förkortat FASER. Där ska man försöka hitta nya, lätta, extremt svagt växelverkande partiklar genom att placera en detektor 480 meter från kollisionspunkten för ATLAS-experimentet vid LHC. Kanske kan resultaten ge en hint om vad mörk materia är?

Universums vanligaste partikel
Den valda platsen för FASER-detektorn är även en ideal plats för att hitta och studera neutriner. Även om neutriner, som tillhör elementarpartiklarna i Standardmodellen, har studerats sedan 1956 så är dess egenskaper inte helt kartlagda. Neutriner saknar elektrisk laddning och interagerar enbart med svag växelverkan vilket gör att de är väldigt svåra att detektera och studera.

I likhet med de lätta, svagt växelverkande partiklar som FASER letar efter så produceras även neutriner vid kollisionspunkten för ATLAS. Även dessa färdas långa sträckor utan att interagera med något och ett högt antal neutriner av alla aromer beräknas nå fram till FASER-detektorn. Aldrig tidigare har “handgjorda” neutriner, med hög energi, skapade vid en partikelaccelerator- kollisionspunkt kunnat detekteras. Men detta är något man nu hoppas göra genom att placera en detektor känslig för neutriner, FASERν, i direkt anslutning med FASERs huvuddetektor. Man siktar också på att mäta tvärsnitt för neutriner.

Eftersom neutriner är universums vanligaste partikel kommer FASERν alltid ha neutriner som interagerar i detektorn. Det gör att tvärsnittsmätningar kommer att kunna göras både på partiklar som kommer från kosmisk strålning så väl som från ATLAS kollisionspunkt. Vilket gör att mätningar kommer att kunna göras även om LHC inte är igång.

I förhållande till jätteanläggningarna Super-Kamiokande och IceCube, som är de mest kända neutrioexperimenten idag, är FASERν är en betydligt mindre detektor. Ett experiment som detta kan bana väg för ett nytt sätt att utforma neutrinoexperiment och kan göra att dessa har en given plats i framtidens partikelaccelerator anläggningar. Ett resultat från FASERs huvudexperiment kan leda vägen till var man ska leta härnäst efter fysik utanför Standardmodellen och uppmätta neutrino-tvärsnitt är till stor hjälp för bland annat experiment med neutrinoscillationer då det då är viktigt att veta hur många neutriner med en specifik arom man förväntar interagera i en detektor.

“A literature review of FASERν - An emulsion detector for collider neutrinos” är en litteraturstudie av FASER-projektet med fokus på experimentets jakt på neutriner med hjälp av tilläggsdetektorn FASERν. Utöver att ge en överblick över huvudexperimentet FASER så går studien djupare in på antalet neutriner som förväntas strömma genom detektorn och hur många neutrino-interaktioner man förväntas kunna registrera. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Andersson Loman, Lisa LU
supervisor
organization
course
FYSK02 20202
year
type
M2 - Bachelor Degree
subject
keywords
physics, neutrinos, FASER, Standard Model, Beyond Standard Model, BSM, particles, elementary particles, neutrino cross sections, LHC, FASER\nu, particle physics, physics experiment, CERN, long lived particles
language
English
id
9038861
date added to LUP
2021-02-04 11:47:02
date last changed
2021-02-04 11:47:02
@misc{9038861,
  abstract     = {{In 2021, the ForwArd Search ExpeRiment (FASER) will start searching for light and weakly coupled particles 480m from the proton-proton collision point of ATLAS at the Large Hadron Collider (LHC). The FASER main detector will have a sub-detector, FASERν, sensitive to high-energy collider neutrinos of all flavours. This literature review of FASERν focuses on the neutrino program of FASER and apart from presenting the physics reach for FASERν it will also give an overview of the main experiment and the main detector. The flux of high-energy collider neutrinos and the number of neutrinos expected to interact in the detector is presented. The physics possibilities for FASER and FASERν are then discussed and an outlook for similar experiments is given.}},
  author       = {{Andersson Loman, Lisa}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  title        = {{A literature review of FASERν - An emulsion detector for collider neutrinos}},
  year         = {{2021}},
}