Eksperyment MilliQana
Eksperyment MilliQan to eksperyment detektora na małą skalę w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w CERN . Celem eksperymentu MilliQan jest wykrycie milinaładowanych cząstek : cząstek o ładunkach znacznie mniejszych niż elektron . Cząstki te są motywowane istnieniem ciemnego fotonu , a odkrycie milinaładowanych cząstek zapewniłoby pierwszą sondę do ciemnego sektora . Prototypowy detektor MilliQan zebrał dane podczas LHC Run 2 w 2018 roku i ustalił konkurencyjne ograniczenia dotyczące ładunków i mas cząstek milielektrycznych. Zmodernizowane detektory Run 3 MilliQan mają zostać zainstalowane w 2022 roku
Współpraca
Współpraca MilliQan ma 29 członków z ponad 10 instytucji w 5 krajach. Został zaproponowany w 2016 roku przez Christophera Hilla i Andy'ego Haasa. Jego nazwa nawiązuje do Eksperymentu Millikana , w którym zmierzono ładunek elektronu; milli-, przedrostek metryczny oznaczający część tysięczną; oraz Q, wspólna naukowa jednostka ładunku elektrycznego .
Detektor MilliQan
Eksperyment MilliQan znajduje się w tunelu dostępowym 33 m od CMS . Jest osłonięty przed CMS przez 17 m skały, chroniąc go przed hadronowym tłem, jednocześnie umożliwiając milinaładowanym cząsteczkom przejście do detektora. Detektor składa się z zestawu plastikowych prętów i płytek scyntylacyjnych, które są mocowane do fotopowielaczy (PMT). Podstawową koncepcją detektora MilliQan jest wykorzystanie zależności między jonizacją i ładunek w scyntylatorze: jonizacja w scyntylatorze spowodowana naładowaną cząstką jest proporcjonalna do kwadratu ładunku. Oznacza to, że małe ładunki zdeponują ilości energii, które są wystarczająco małe, aby ominąć detektory ogólnego przeznaczenia LHC, ale wystarczająco duże, aby można je było zobaczyć w dedykowanym detektorze. Dodatkowo, naładowana cząstka zdeponuje stałą ilość energii, gdy przechodzi przez scyntylator, więc wyrównanie szeregu warstw - składających się ze scyntylatora sprzężonego z PMT - z punktem interakcji LHC P5 pozwala eksperymentowi być wrażliwym na milinaładowane cząstki.
Demonstrator MilliQana
Pierwsza operacja eksperymentu milliQan miała postać ~1% prototypowego detektora zwanego demonstratorem MilliQan. Składał się z trzech warstw plastikowych prętów scyntylacyjnych zamontowanych na PMT w układzie 3x2 skierowanym w stronę punktu interakcji LHC w pobliżu CMS, a także dodatkowego materiału do ekranowania. Demonstrator zebrał 1106 godzin danych dotyczących włączonej wiązki i 1042 godzin danych dotyczących wyłączonej wiązki podczas cyklu LHC 2 . To wyznaczyło wiodące ograniczenia dotyczące możliwych mas i ładunków milinaładowanych cząstek w zakresie mas od 20 do 4700 MeV i ładunków od 0,006e do 0,3e.
Uruchom 3 detektory
Aktualizacja detektora milliQan dla LHC Run 3 obejmuje rozszerzenie liczby słupków w detektorze z 3x2 do 4x4 słupków na warstwę iz 3 do 4 warstw. Obejmuje to również dodanie nowego „detektora płytowego”, detektora, który poświęca czułość ładunku na akceptację w celu poszukiwania milinaładowanych cząstek o większej masie. Te modernizacje są w trakcie opracowywania, a nowe detektory mają zostać zainstalowane w 2022 r.