Search for dark force
Heavy Photon Search, o HPS, e’ un esperimento proposto al Jefferson Lab per la ricerca di un nuovo bosone vettore, noto come ‘fotone pesante’ o ‘fotone oscuro’ nell’intervallo di massa (20-1000) MeV /c2. Questa nuova particella emerge dall’estensione del Modello Standard con l’aggiunta un nuovo gruppo di simmetria U(1) che media un nuovo tipo di interazione fondamentale: la forza oscura. La teoria prevede un debolissimo accoppiamento con la carica elettrica attraverso un meccanismo chiamato mix cinematico. Molte formulazione di teorie oltre il Modello Standard prevedono l’esistenza di un nuovo bosone vettore e le recenti osservazioni di un inspiegabile eccesso di elettroni e positroni di alta energia nei raggi cosmici potrebbe essere spiegate come il risultato dell’annichilazione della materia oscura primordiale nel fotone pesante. HPS ricerca la nuova particella nell’elettroproduzione su un bersaglio di W, misurando il suo decadimento in coppie di leptoni (e+ e- e mu+mu-). Per distinguere il segnale dal copioso fondo elettromagnetico, si HPS utilizza due tecniche sperimentali: la presenza di un picco su un fondo continuo e la misura di un vertice di decadimento lontano dal bersaglio. Nel primo caso , una buona risoluzione (~MeV) sulla massa del fotone oscuro permetterebbe di identificarlo come un picco stretto su un fondo continuo dovuto ai fondi elettromagnetici.
Nel secondo caso, il debole accoppiamento del fotone oscuro con il mondo del Modello Standard assicurerebbe un tempo di vita media sufficiente per rivelare il vertice di decadimento del fotone oscuro lontano dal punto di produzione. Le due tecniche combinate garantiscono una ineguagliata sensibilità della misura con una copertura dello spazio dei parametri massa-accoppiamento completamente inesplorata che altre misure (per esempio la discrepanza di g-2 del muone dalla previsione del Modello Standard) indicano come favorito. HPS utilizza uno spettrometro magnetico costituito da un tracciatore a silicio, un calorimetro elettromagnetico di cristalli di tungstato di piombo per la registrazione dell’evento ed un rivelatore posteriore per la misura delle coppie di muoni. Un sistema all’avanguardia di acquisizione-dati basato su fADC con campionamento a 250MHz permetterà’ di sfruttare al massimo le caratteristiche uniche del fascio quasi continuo prodotto dall’acceleratore CEBAF. Con l’approvazione finale della dirigenza del JLab e con il finanziamento da parte del DOE, la collaborazione HPS e’ in grado di disegnare, costruire e testare un esperimento alla ricerca di una nuova fisica.