利用大型强子对撞机 找寻暗物质存在线索：欧洲核子研究中心批准粒子发现新实验

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日前，欧洲核子研究中心（CERN）宣布将开展一项新实验，利用大型强子对撞机（LHC）寻找弱相互作用粒子，包括与暗物质密切相关的“暗光子”。

与光束平行产生的弱相互作用粒子可能在不与任何材料相互作用的情况下行进数百米，然后转变为已知的可探测粒子，例如电子和正电子等。大型强子对撞机现有的大型离子对撞机实验（ALICE）、超环面仪器实验（ATLAS）、紧凑渺子线圈实验（CMS）、底夸克实验（LHCb）等探测器都不适合用于探测弱相互作用粒子。

为此，CERN将于2021年启动“前向搜索实验”（FASER），该实验将作为物理学超越对撞机（PBC）研究项目的一部分。因为弱相互作用粒子与光束线保持高度平行且散布面极小，所以这一要求高灵敏度的实验任务反而可以用体积较小的实验装置完成。FASER探测器的长度不到5米，其核心圆柱形结构的半径只有10厘米，用以发现弱相互作用粒子的“衰变产物”。它将被安装在一条沿着ATLAS和LHCb之间传输管道的隧道里，位于目ATLAS对撞点下游480米的光束轨迹上。

为了节约实验经费和时间，FASER探测器将使用ATLAS和LHCb项目的备用零件，通过16个研究所合作建立，并由希辛西蒙斯基金会和西蒙斯基金会出资支持。FASER实验团队将利用大型强子对撞机的暂停升级时间完成探测器安装等实验准备，并在2021年大型强子对撞机再次启动时开始收集实验数据。

暗物质是一种假设的物质，不与电磁力相互作用，因此不能直接用发射光探测到。天体物理证据表明，暗物质占宇宙的27%，但它从未在实验室被观察和研究过。FASER实验搜寻的粒子中包括与暗物质息息相关的“暗光子”，一旦成功将为暗物质存在提供有力证据。