Seneste søgning efter nye eksotiske partikler på CERN

CMS-eksperimentet har præsenteret sin første søgning efter ny fysik ved hjælp af data fra kørsel 3 af Large Hadron Collider. Den nye undersøgelse ser på muligheden for "mørk foton"-produktion i henfaldet af Higgs-bosoner i detektoren.

Mørke fotoner er eksotiske langlivede partikler:"Langlivede", fordi de har en gennemsnitlig levetid på mere end en tiendedel af en milliardtedel af et sekund - en meget lang levetid i form af partikler produceret i LHC - og "eksotiske" pga. de er ikke en del af standardmodellen for partikelfysik.

Standardmodellen er den førende teori om universets grundlæggende byggesten, men mange fysikspørgsmål forbliver ubesvarede, og derfor fortsætter søgninger efter fænomener ud over standardmodellen. CMS's nye resultat definerer mere begrænsede grænser for parametrene for henfaldet af Higgs-bosoner til mørke fotoner, hvilket yderligere indsnævrer det område, hvor fysikere kan søge efter dem.

I teorien ville mørke fotoner rejse en målbar afstand i CMS-detektoren, før de henfalder til "fortrængte myoner". Hvis forskerne skulle spore sporene af disse myoner, ville de opdage, at de ikke når helt til kollisionspunktet, fordi sporene kommer fra en partikel, der allerede har bevæget sig et stykke væk uden spor.

Kørsel 3 af LHC begyndte i juli 2022 og har en højere øjeblikkelig lysstyrke end tidligere LHC-kørsler, hvilket betyder, at der sker flere kollisioner på et hvilket som helst tidspunkt, som forskere kan analysere. LHC producerer titusinder af kollisioner hvert sekund, men kun et par tusinde af dem kan lagres, da registrering af hver kollision hurtigt ville forbruge al den tilgængelige datalagring.

Dette er grunden til, at CMS er udstyret med en datavalgsalgoritme i realtid kaldet triggeren, som afgør, om en given kollision er interessant eller ej. Derfor er det ikke kun en større mængde data, der kan hjælpe med at afsløre beviser for den mørke foton, men også måden, hvorpå triggersystemet er finjusteret til at lede efter specifikke fænomener.

"Vi har virkelig forbedret vores evne til at trigge på fordrevne myoner," siger Juliette Alimena fra CMS-eksperimentet. "Dette giver os mulighed for at indsamle meget flere begivenheder end før med myoner, der er forskudt fra kollisionspunktet med afstande fra et par hundrede mikrometer til flere meter. Takket være disse forbedringer, hvis mørke fotoner eksisterer, er CMS nu meget mere tilbøjelige til at finde dem ."

CMS-triggersystemet har været afgørende for denne søgning og blev især raffineret mellem kørsel 2 og 3 for at søge efter eksotiske langlivede partikler. Som et resultat heraf har samarbejdet været i stand til at bruge LHC mere effektivt og opnå et stærkt resultat ved at bruge kun en tredjedel af mængden af ​​data som tidligere søgninger.

For at gøre dette forfinede CMS-teamet triggersystemet ved at tilføje en ny algoritme kaldet en ikke-pegende muon-algoritme. Denne forbedring betød, at selv med kun fire til fem måneders data fra Run 3 i 2022, blev der registreret flere forskudte myon-hændelser end i det meget større 2016-18 Run 2-datasæt. Den nye dækning af triggerne øger i høj grad momentumintervallet for de myoner, der opfanges, hvilket giver holdet mulighed for at udforske nye områder, hvor langlivede partikler kan gemme sig.

CMS-teamet vil fortsætte med at bruge de mest kraftfulde teknikker til at analysere alle data, der er taget i de resterende år af Run 3-operationer, med det formål at udforske fysikken yderligere ud over standardmodellen.

Flere oplysninger: Søg efter langlivede partikler, der henfalder til et par myoner i pp-kollisioner ved √s =13,6 TeV med 2022-data. cms-results.web.cern.ch/cms-re … XO-23-014/index.html

Leveret af CERN