High energy collisions at the High-Luminosity Large Hadron Collider (LHC) produce a large number of particles along the beam collision axis, outside of the acceptance of existing LHC experiments. The proposed Forward Physics Facility (FPF), to be located several hundred meters from the ATLAS interaction point and shielded by concrete and rock, will host a suite of experiments to probe standard model (SM) processes and search for physics beyond the standard model (BSM). In this report, we review the status of the civil engineering plans and the experiments to explore the diverse physics signals that can be uniquely probed in the forward region. FPF experiments will be sensitive to a broad range of BSM physics through searches for new particle scattering or decay signatures and deviations from SM expectations in high statistics analyses with TeV neutrinos in this low-background environment. High statistics neutrino detection will also provide valuable data for fundamental topics in perturbative and non-perturbative QCD and in weak interactions. Experiments at the FPF will enable synergies between forward particle production at the LHC and astroparticle physics to be exploited. We report here on these physics topics, on infrastructure, detector, and simulation studies, and on future directions to realize the FPF’s physics potential.

The Forward Physics Facility at the High-Luminosity LHC / Feng, J. L.; Kling, F.; Reno, M. H.; Rojo, J.; Soldin, D.; Anchordoqui, L. A.; Boyd, J.; Ismail, A.; Harland-Lang, L.; Kelly, K. J.; Pandey, V.; Trojanowski, S.; Tsai, Y. -D.; Alameddine, J. -M.; Araki, T.; Ariga, A.; Ariga, T.; Asai, K.; Bacchetta, A.; Balazs, K.; Barr, A. J.; Battistin, M.; Bian, J.; Bertone, C.; Bai, W.; Bakhti, P.; Baha Balantekin, A.; Barman, B.; Batell, B.; Bauer, M.; Bauer, B.; Becker, M.; Berlin, A.; Bertuzzo, E.; Bhattacharya, A.; Bonvini, M.; Boogert, S. T.; Boyarsky, A.; Bramante, J.; Brdar, V.; Carmona, A.; Casper, D. W.; Celiberto, F. G.; Cerutti, F.; Chachamis, G.; Chauhan, G.; Citron, M.; Copello, E.; Corso, J. -P.; Darme, L.; D'Agnolo, R. T.; Darvishi, N.; Das, A.; De Lellis, G.; De Roeck, A.; De Vries, J.; Dembinski, H. P.; Demidov, S.; Deniverville, P.; Denton, P. B.; Deppisch, F. F.; Bhupal Dev, P. S.; Di Crescenzo, A.; Dienes, K. R.; Diwan, M. V.; Dreiner, H. K.; Du, Y.; Dutta, B.; Duwentaster, P.; Elie, L.; Ellis, S. A. R.; Enberg, R.; Farzan, Y.; Fieg, M.; Foguel, A. L.; Foldenauer, P.; Foroughi-Abari, S.; Fortin, J. -F.; Friedland, A.; Fuchs, E.; Fucilla, M.; Gallmeister, K.; Garcia, A.; Canal, C. A. G.; Garzelli, M. V.; Gauld, R.; Ghosh, S.; Ghoshal, A.; Gibson, S.; Giuli, F.; Goncalves, V. P.; Gorbunov, D.; Goswami, S.; Grau, S.; Gunther, J. Y.; Guzzi, M.; Haas, A.; Hakulinen, T.; Harris, S. P.; Harz, J.; Herrera, J. C. H.; Hill, C. S.; Hirsch, M.; Hobbs, T. J.; Hoche, S.; Hryczuk, A.; Huang, F.; Inada, T.; Infantino, A.; Ismail, A.; Jacobsson, R.; Jana, S.; Jeong, Y. S.; Jezo, T.; Jho, Y.; Jodlowski, K.; Kalashnikov, D.; Karkkainen, T. J.; Keppel, C.; Kim, J.; Klasen, M.; Klein, S. R.; Ko, P.; Kohler, D.; Komatsu, M.; Kovarik, K.; Kulkarni, S.; Kumar, J.; Kumar, K.; Kuo, J. -L.; Krauss, F.; Kusina, A.; Laletin, M.; Le Roux, C.; Lee, S. J.; Lee, H. -S.; Lefebvre, H.; Li, J.; Li, S.; Li, Y.; Liu, W.; Liu, Z.; Lonjon, M.; Lyu, K. -F.; Maciula, R.; Abraham, R. M.; Masouminia, M. R.; Mcfayden, J.; Mikulenko, O.; Mohammed, M. M. A.; Mohan, K. A.; Morfin, J. G.; Mosel, U.; Mosny, M.; Muzakka, K. F.; Nadolsky, P.; Nakano, T.; Nangia, S.; Cornago, A. N.; Nevay, L. J.; Ninin, P.; Nocera, E. R.; Nomura, T.; Nunes, R.; Okada, N.; Olness, F.; Osborne, J.; Otono, H.; Ovchynnikov, M.; Papa, A.; Pei, J.; Peon, G.; Perez, G.; Pickering, L.; Platzer, S.; Plestid, R.; Poddar, T. K.; Quilez, P.; Rai, M.; Rajaee, M.; Raut, D.; Reimitz, P.; Resnati, F.; Rhode, W.; Richardson, P.; Ritz, A.; Rokujo, H.; Roszkowski, L.; Ruhe, T.; Ruiz, R.; Sabate-Gilarte, M.; Sandrock, A.; Sarcevic, I.; Sarkar, S.; Sato, O.; Scherb, C.; Schienbein, I.; Schulz, H.; Schwaller, P.; Sciutto, S. J.; Sengupta, D.; Shchutska, L.; Shimomura, T.; Silvetti, F.; Sinha, K.; Sjostrand, T.; Sobczyk, J. T.; Song, H.; Soriano, J. F.; Soreq, Y.; Stasto, A.; Stuart, D.; Su, S.; Su, W.; Szczurek, A.; Tabrizi, Z.; Takubo, Y.; Taoso, M.; Thomas, B.; Thonet, P.; Tuckler, D.; Sabio Vera, A.; Vincke, H.; Vishnudath, K. N.; Wang, Z. S.; Winkler, M. W.; Wu, W.; Xie, K.; Xu, X. -J.; You, T.; Yu, J. -Y.; Yu, J. -H.; Zapp, K.; Zhang, Y.; Zhang, Y.; Zhou, G.; Funchal, R. Z.; Khalek, R. A.; An, D.; Arakawa, J.; Arduini, G.; Barman, R. K.; Beacom, J. F.; Bernlochner, F.; Bishai, M.; Boeckh, T.; Bortoletto, D.; Boveia, A.; Brenner, L.; Brodsky, S. J.; Burgard, C.; Camargo-Molina, J. E.; Carli, T.; Chang, S.; Charitonidis, N.; Chen, X.; Chen, T. Y.; Chiang, C. -W.; Coccaro, A.; Cohen, T.; Coleman, A.; Conceicao, R.; Cooper-Sarkar, A.; D'Onofrio, M.; Davoudiasl, H.; Di Matteo, A.; Di Valentino, E.; Dobre, R.; Doglioni, C.; Mendes, L. M. D.; Dova, M. T.; Duvernois, M. A.; Ekstedt, A.; Elsen, E.; Del Valle, A. E.; Essig, R.; Farrar, G. R.; Fedynitch, A.; Fellers, D.; Firu, E.; Galon, I.; Garcia, I. G.; Da Silveira, G. G.; Giunti, C.; Goldfarb, S.; Goncalves, D.; Sevilla, S. G.; Suarez, R. G.; Murat Guler, A.; Gwenlan, C.; Gwilliam, C.; Halzen, F.; Han, T.; Haungs, A.; Heeck, J.; Hentschinski, M.; Hsu, S. -C.; Hu, Z.; Todd Huffman, B.; Iacobucci, G.; Illana, J. I.; Insolia, A.; Ishak, M.; Jaeckel, J.; Kabat, D.; Ken, E. K.; Kanai, T.; Katori, T.; Khoze, V.; Kotko, P.; Kribs, G. D.; Kuehn, S.; Kundu, S.; Lee, C.; Leszczynska, A.; Li, L.; Lie, K.; Lillard, B.; Lin, H. -W.; Lowette, S.; Marfatia, D.; Lopez, F. M.; Maselek, R.; Masip, M.; Matchev, K.; Mccauley, T.; Medina-Tanco, G.; Menjo, H.; Miloi, M. M.; Miramonti, L.; Mohlabeng, G.; Moretti, S.; Moretti, T.; Nath, P.; Navarria, F. L.; Neagu, A. T.; Nelles, A.; Neuhaus, F.; Nunez, C.; Pedro Ochoa-Ricoux, J.; Okui, K.; Olinto, A. V.; Onel, Y.; De Los Heros, C. P.; Pandini, C.; Pasechnik, R.; Paul, T. C.; Petersen, B. A.; Pierog, T.; Plehn, T.; Plum, M.; Potamianos, K.; Preda, T.; Prim, M.; Queitsch-Maitland, M.; Reina, L.; Reininghaus, M.; Rizzo, T. G.; Robens, T.; Ruiz-Choliz, E.; Schmieden, K.; Schnell, G.; Schott, M.; Schroeder, F. G.; Sfyrla, A.; Shadmi, Y.; Shipsey, I.; Shively, S. R.; Shoemaker, I. M.; Singh, R.; Sousa, A.; Muzio, M. S.; Stupak, J.; Suarez, I.; Tait, T. M. P.; Tata, X.; Thottoli, S. R.; Toranosuke, O.; Torrence, E.; Torres, D. F.; Trocsanyi, Z.; Tricoli, A.; Unger, M.; Sierra, C. V.; Valli, M.; Venters, T.; Verpoest, S.; Vilela, C.; Vormwald, B.; Wang, L. -T.; Waterbury, M.; Watts, G.; West, S. M.; Xu, T.; Yuksel, E.; Yaeggy, B.; Yoon, C. S.; Yuan, T.; Zgura, I. S.. - In: JOURNAL OF PHYSICS. G, NUCLEAR AND PARTICLE PHYSICS. - ISSN 0954-3899. - 50:3(2023), p. 030501. [10.1088/1361-6471/ac865e]

The Forward Physics Facility at the High-Luminosity LHC

Silvetti F.
Writing – Original Draft Preparation
;
2023

Abstract

High energy collisions at the High-Luminosity Large Hadron Collider (LHC) produce a large number of particles along the beam collision axis, outside of the acceptance of existing LHC experiments. The proposed Forward Physics Facility (FPF), to be located several hundred meters from the ATLAS interaction point and shielded by concrete and rock, will host a suite of experiments to probe standard model (SM) processes and search for physics beyond the standard model (BSM). In this report, we review the status of the civil engineering plans and the experiments to explore the diverse physics signals that can be uniquely probed in the forward region. FPF experiments will be sensitive to a broad range of BSM physics through searches for new particle scattering or decay signatures and deviations from SM expectations in high statistics analyses with TeV neutrinos in this low-background environment. High statistics neutrino detection will also provide valuable data for fundamental topics in perturbative and non-perturbative QCD and in weak interactions. Experiments at the FPF will enable synergies between forward particle production at the LHC and astroparticle physics to be exploited. We report here on these physics topics, on infrastructure, detector, and simulation studies, and on future directions to realize the FPF’s physics potential.
2023
QCD; LHC; Forward
01 Pubblicazione su rivista::01a Articolo in rivista
The Forward Physics Facility at the High-Luminosity LHC / Feng, J. L.; Kling, F.; Reno, M. H.; Rojo, J.; Soldin, D.; Anchordoqui, L. A.; Boyd, J.; Ismail, A.; Harland-Lang, L.; Kelly, K. J.; Pandey, V.; Trojanowski, S.; Tsai, Y. -D.; Alameddine, J. -M.; Araki, T.; Ariga, A.; Ariga, T.; Asai, K.; Bacchetta, A.; Balazs, K.; Barr, A. J.; Battistin, M.; Bian, J.; Bertone, C.; Bai, W.; Bakhti, P.; Baha Balantekin, A.; Barman, B.; Batell, B.; Bauer, M.; Bauer, B.; Becker, M.; Berlin, A.; Bertuzzo, E.; Bhattacharya, A.; Bonvini, M.; Boogert, S. T.; Boyarsky, A.; Bramante, J.; Brdar, V.; Carmona, A.; Casper, D. W.; Celiberto, F. G.; Cerutti, F.; Chachamis, G.; Chauhan, G.; Citron, M.; Copello, E.; Corso, J. -P.; Darme, L.; D'Agnolo, R. T.; Darvishi, N.; Das, A.; De Lellis, G.; De Roeck, A.; De Vries, J.; Dembinski, H. P.; Demidov, S.; Deniverville, P.; Denton, P. B.; Deppisch, F. F.; Bhupal Dev, P. S.; Di Crescenzo, A.; Dienes, K. R.; Diwan, M. V.; Dreiner, H. K.; Du, Y.; Dutta, B.; Duwentaster, P.; Elie, L.; Ellis, S. A. R.; Enberg, R.; Farzan, Y.; Fieg, M.; Foguel, A. L.; Foldenauer, P.; Foroughi-Abari, S.; Fortin, J. -F.; Friedland, A.; Fuchs, E.; Fucilla, M.; Gallmeister, K.; Garcia, A.; Canal, C. A. G.; Garzelli, M. V.; Gauld, R.; Ghosh, S.; Ghoshal, A.; Gibson, S.; Giuli, F.; Goncalves, V. P.; Gorbunov, D.; Goswami, S.; Grau, S.; Gunther, J. Y.; Guzzi, M.; Haas, A.; Hakulinen, T.; Harris, S. P.; Harz, J.; Herrera, J. C. H.; Hill, C. S.; Hirsch, M.; Hobbs, T. J.; Hoche, S.; Hryczuk, A.; Huang, F.; Inada, T.; Infantino, A.; Ismail, A.; Jacobsson, R.; Jana, S.; Jeong, Y. S.; Jezo, T.; Jho, Y.; Jodlowski, K.; Kalashnikov, D.; Karkkainen, T. J.; Keppel, C.; Kim, J.; Klasen, M.; Klein, S. R.; Ko, P.; Kohler, D.; Komatsu, M.; Kovarik, K.; Kulkarni, S.; Kumar, J.; Kumar, K.; Kuo, J. -L.; Krauss, F.; Kusina, A.; Laletin, M.; Le Roux, C.; Lee, S. J.; Lee, H. -S.; Lefebvre, H.; Li, J.; Li, S.; Li, Y.; Liu, W.; Liu, Z.; Lonjon, M.; Lyu, K. -F.; Maciula, R.; Abraham, R. M.; Masouminia, M. R.; Mcfayden, J.; Mikulenko, O.; Mohammed, M. M. A.; Mohan, K. A.; Morfin, J. G.; Mosel, U.; Mosny, M.; Muzakka, K. F.; Nadolsky, P.; Nakano, T.; Nangia, S.; Cornago, A. N.; Nevay, L. J.; Ninin, P.; Nocera, E. R.; Nomura, T.; Nunes, R.; Okada, N.; Olness, F.; Osborne, J.; Otono, H.; Ovchynnikov, M.; Papa, A.; Pei, J.; Peon, G.; Perez, G.; Pickering, L.; Platzer, S.; Plestid, R.; Poddar, T. K.; Quilez, P.; Rai, M.; Rajaee, M.; Raut, D.; Reimitz, P.; Resnati, F.; Rhode, W.; Richardson, P.; Ritz, A.; Rokujo, H.; Roszkowski, L.; Ruhe, T.; Ruiz, R.; Sabate-Gilarte, M.; Sandrock, A.; Sarcevic, I.; Sarkar, S.; Sato, O.; Scherb, C.; Schienbein, I.; Schulz, H.; Schwaller, P.; Sciutto, S. J.; Sengupta, D.; Shchutska, L.; Shimomura, T.; Silvetti, F.; Sinha, K.; Sjostrand, T.; Sobczyk, J. T.; Song, H.; Soriano, J. F.; Soreq, Y.; Stasto, A.; Stuart, D.; Su, S.; Su, W.; Szczurek, A.; Tabrizi, Z.; Takubo, Y.; Taoso, M.; Thomas, B.; Thonet, P.; Tuckler, D.; Sabio Vera, A.; Vincke, H.; Vishnudath, K. N.; Wang, Z. S.; Winkler, M. W.; Wu, W.; Xie, K.; Xu, X. -J.; You, T.; Yu, J. -Y.; Yu, J. -H.; Zapp, K.; Zhang, Y.; Zhang, Y.; Zhou, G.; Funchal, R. Z.; Khalek, R. A.; An, D.; Arakawa, J.; Arduini, G.; Barman, R. K.; Beacom, J. F.; Bernlochner, F.; Bishai, M.; Boeckh, T.; Bortoletto, D.; Boveia, A.; Brenner, L.; Brodsky, S. J.; Burgard, C.; Camargo-Molina, J. E.; Carli, T.; Chang, S.; Charitonidis, N.; Chen, X.; Chen, T. Y.; Chiang, C. -W.; Coccaro, A.; Cohen, T.; Coleman, A.; Conceicao, R.; Cooper-Sarkar, A.; D'Onofrio, M.; Davoudiasl, H.; Di Matteo, A.; Di Valentino, E.; Dobre, R.; Doglioni, C.; Mendes, L. M. D.; Dova, M. T.; Duvernois, M. A.; Ekstedt, A.; Elsen, E.; Del Valle, A. E.; Essig, R.; Farrar, G. R.; Fedynitch, A.; Fellers, D.; Firu, E.; Galon, I.; Garcia, I. G.; Da Silveira, G. G.; Giunti, C.; Goldfarb, S.; Goncalves, D.; Sevilla, S. G.; Suarez, R. G.; Murat Guler, A.; Gwenlan, C.; Gwilliam, C.; Halzen, F.; Han, T.; Haungs, A.; Heeck, J.; Hentschinski, M.; Hsu, S. -C.; Hu, Z.; Todd Huffman, B.; Iacobucci, G.; Illana, J. I.; Insolia, A.; Ishak, M.; Jaeckel, J.; Kabat, D.; Ken, E. K.; Kanai, T.; Katori, T.; Khoze, V.; Kotko, P.; Kribs, G. D.; Kuehn, S.; Kundu, S.; Lee, C.; Leszczynska, A.; Li, L.; Lie, K.; Lillard, B.; Lin, H. -W.; Lowette, S.; Marfatia, D.; Lopez, F. M.; Maselek, R.; Masip, M.; Matchev, K.; Mccauley, T.; Medina-Tanco, G.; Menjo, H.; Miloi, M. M.; Miramonti, L.; Mohlabeng, G.; Moretti, S.; Moretti, T.; Nath, P.; Navarria, F. L.; Neagu, A. T.; Nelles, A.; Neuhaus, F.; Nunez, C.; Pedro Ochoa-Ricoux, J.; Okui, K.; Olinto, A. V.; Onel, Y.; De Los Heros, C. P.; Pandini, C.; Pasechnik, R.; Paul, T. C.; Petersen, B. A.; Pierog, T.; Plehn, T.; Plum, M.; Potamianos, K.; Preda, T.; Prim, M.; Queitsch-Maitland, M.; Reina, L.; Reininghaus, M.; Rizzo, T. G.; Robens, T.; Ruiz-Choliz, E.; Schmieden, K.; Schnell, G.; Schott, M.; Schroeder, F. G.; Sfyrla, A.; Shadmi, Y.; Shipsey, I.; Shively, S. R.; Shoemaker, I. M.; Singh, R.; Sousa, A.; Muzio, M. S.; Stupak, J.; Suarez, I.; Tait, T. M. P.; Tata, X.; Thottoli, S. R.; Toranosuke, O.; Torrence, E.; Torres, D. F.; Trocsanyi, Z.; Tricoli, A.; Unger, M.; Sierra, C. V.; Valli, M.; Venters, T.; Verpoest, S.; Vilela, C.; Vormwald, B.; Wang, L. -T.; Waterbury, M.; Watts, G.; West, S. M.; Xu, T.; Yuksel, E.; Yaeggy, B.; Yoon, C. S.; Yuan, T.; Zgura, I. S.. - In: JOURNAL OF PHYSICS. G, NUCLEAR AND PARTICLE PHYSICS. - ISSN 0954-3899. - 50:3(2023), p. 030501. [10.1088/1361-6471/ac865e]
File allegati a questo prodotto
Non ci sono file associati a questo prodotto.

I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.

Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/11573/1673587
 Attenzione

Attenzione! I dati visualizzati non sono stati sottoposti a validazione da parte dell'ateneo

Citazioni
  • ???jsp.display-item.citation.pmc??? ND
  • Scopus 149
  • ???jsp.display-item.citation.isi??? 114
social impact