På jagt efter mørke kvarker

Kvarker er de mindste partikler, vi kender til. Faktisk, ifølge standardmodellen for partikelfysik, som beskriver alle kendte partikler og deres interaktioner, kvarker skal være uendeligt små. Hvis det ikke er overvældende nok, ind i mørke kvarker – hypotetiske partikler, der er blevet foreslået for at forklare mørkt stof, en usynlig form for stof, der fylder universet og holder Mælkevejen og andre galakser sammen.

I en nylig undersøgelse, CMS-samarbejdet beskriver, hvordan det har siet gennem data fra Large Hadron Collider (LHC) for at prøve at få øje på mørke kvarker. Selvom eftersøgningen kom tomhændet, det gjorde det muligt for holdet at komme tættere på forældrepartiklerne, hvorfra mørke kvarker kan stamme.

En overbevisende teori udvider standardmodellen for at forklare, hvorfor de observerede massetætheder af normalt stof og mørkt stof er ens. Det gør den ved at påkalde eksistensen af ​​mørke kvarker, der interagerer med almindelige kvarker via en mediatorpartikel. Hvis sådanne mediatorpartikler blev produceret i par i en proton-proton-kollision, hver mediatorpartikel i parret ville forvandle sig til en normal kvark og en mørk kvark, som begge ville producere en spray, eller "jet", af partikler kaldet hadroner, sammensat af kvarker eller mørke kvarker. I alt, der ville være to jetfly af regulære hadroner, der stammer fra kollisionspunktet, og to "fremvoksende" jetfly, der ville dukke op et stykke væk fra kollisionspunktet, fordi mørke hadroner ville tage noget tid om at henfalde til synlige partikler.

I deres undersøgelse, CMS-forskerne så gennem data fra proton-proton-kollisioner indsamlet ved LHC ved en energi på 13 TeV for at søge efter tilfælde, eller "begivenheder", hvori sådanne mediatorpartikler og tilhørende fremkommende stråler kan forekomme. De brugte to kendetegn til at identificere nye jetfly og udvælge dem fra en baggrund af begivenheder, der forventes at efterligne deres egenskaber.

Holdet fandt ingen stærke beviser for eksistensen af ​​sådanne nye jetfly, men dataene tillod dem at udelukke masser for den hypotetiske mediatorpartikel på 400-1250 GeV for mørke pioner, der rejser i længder mellem 5 og 225 mm, før de henfalder. Resultaterne er de første fra en dedikeret søgning efter sådanne mediatorpartikler og jetfly.