Neutrinos@LHC
"O protótipo de um detector de neutrinos desenvolvido para a experiência SHiP está preparado para ser instalado no LHC antes do próximo run. A proposta, subscrita pelo LIP, foi recentemente submetida ao CERN. "
Durante as palestras introdutórias da edição em curso do Programa de Estágios LIP, foi dito aos alunos que os neutrinos não são detectados no LHC (sendo a sua presença inferida apenas por via da energia em falta). Mas e se os conseguíssemos detectar? É exatamente isso que se pretende fazer com um novo detector, recém-proposto para o LHC. Para tal, precisamos de um detector com características muito específicas, contendo em particular um alvo com uma emulsão em que os neutrinos poderão interagir e ser detectados.
SHiP é uma nova experiência complementar às experiências do LHC na busca de nova física (NP). Usará o feixe de protões de alta intensidade de 0.4 TeV do acelerador SPS. Foi desenhada para estudar partículas de NP que interagem muito pouco com a matéria (Feebly Interacting Particles, FIPs) e neutrinos. A experiência deverá ser instalada numa nova zona de beam-dump ainda a ser construída. No entanto, o protótipo de um dos seus componentes, o SND — Scattering and Neutrino Detector, foi agora proposto para começar a tomada de dados mais cedo, e a uma energia uma ordem de grandeza mais alta. Mais precisamente, no próximo run (Run 3) do LHC.
Os neutrinos produzidos nos colisionadores, embora muito abundantes, nunca foram directamente detectados. O LHC produzirá os neutrinos mais energéticos alguma vez gerados por fontes artificiais, e a sua detecção é um marco importante. O SND explorará todos os três sabores de neutrinos (com uma contribuição considerável de neutrinos do tau) numa região de energia ainda por explorar (de 350 GeV a vários TeV). O novo detector será instalado no túnel do LHC, longe do ponto de colisão e próximo da linha do feixe. Dada a localização "fora do eixo", os neutrinos detectados terão origem sobretudo em decaimentos de quarks pesados (especialmente charm). Teremos assim acesso aos primeiros estudos de produção de quarks pesados nesta região inacessível aos actuais detectores do LHC. Outro dos grandes objetivos é a procura de FIPs, que têm sido alvo de um grande aumento de interesse como sinais de NP. Espera-se ainda que o detector seja sensível a possíveis partículas de matéria escura na gama menos explorada dos GeV.
A experiência agora proposta para o LHC deverá obter os primeiros resultados sobre neutrinos produzidos em colisionadores e estender a procura de NP para lá do alcance das actuais experiências do LHC. O LIP faz parte de SHiP, assim como de experiências do LHC e de neutrinos. Este novo projecto tem, por isso, potencial para gerar múltiplas sinergias.
Figura: Integração planeada do detector SND no tunel TI18 do LHC.
SHiP @LIP @CERN
SND Letter of Intent