En busca de partículas pioneras utilizando el Gran Colisionador de Hadrones

Esta búsqueda de partículas exóticas de larga vida investiga la posibilidad de un evento “oscuro”. Fotón“Producción, que puede ocurrir cuando el bosón de Higgs se desintegra en muones desplazados en el detector.

El experimento CMS proporcionó su primera búsqueda de nueva física utilizando datos de la ejecución 3 del Gran Colisionador de Hadrones. El nuevo estudio investiga la posibilidad de producir un “fotón oscuro” en la desintegración de los bosones de Higgs en el detector. Los fotones oscuros son partículas exóticas y de larga vida: “larga vida” porque su vida media es de más de una décima de milmillonésima de segundo (una vida extremadamente larga para las partículas producidas en el Gran Colisionador de Hadrones) y “extraños” porque no son parte del Modelo Estándar de la física de partículas.

El Modelo Estándar es la teoría principal sobre los componentes básicos del universo, pero muchas preguntas físicas siguen sin respuesta y, por lo tanto, continúa la búsqueda de fenómenos fuera del Modelo Estándar. El nuevo resultado del CMS establece límites más restrictivos a las variables de desintegración de los bosones de Higgs en fotones oscuros, reduciendo aún más la región en la que los físicos pueden buscar.

Teoría de los fotones oscuros y detección de partículas.

En teoría, los fotones oscuros viajarían una distancia mensurable en el detector CMS antes de descomponerse en “muones desplazados”. Si los científicos rastrean los caminos de estos muones, encontrarán que no llegan al punto de impacto, porque los caminos provienen de una partícula que ya se ha movido cierta distancia, sin dejar rastro.

La tercera ejecución del LHC comenzó en julio de 2022 y tiene una luminosidad instantánea más alta que las ejecuciones anteriores del LHC, lo que significa que se producen más colisiones en un momento dado para que los investigadores las analicen. El LHC produce decenas de millones de colisiones por segundo, pero sólo unos pocos miles de ellas pueden almacenarse, ya que registrar cada colisión consumiría rápidamente todo el espacio de almacenamiento de datos disponible. Por eso el CMS está equipado con un algoritmo de selección de datos en tiempo real llamado disparador, que decide si una colisión concreta es interesante o no. Por lo tanto, no es sólo el gran volumen de datos lo que puede ayudar a descubrir evidencia de un fotón oscuro, sino también la forma en que se sintoniza el sistema de activación para buscar fenómenos específicos.

Avances en el sistema de activación y recopilación de datos

“Ya hemos mejorado nuestra capacidad para estimular muones desplazados”, afirma Juliette Alemina del experimento CMS. “Esto nos permite recopilar muchos más eventos que antes utilizando muones desplazados desde el punto de impacto a distancias que van desde unos pocos cientos de micrómetros hasta varios metros. Gracias a estas mejoras, si hay fotones oscuros presentes, ahora es más probable que CMS los encuentre”. .”

La ejecución de CMS fue crucial para esta investigación y se optimizó particularmente entre las ejecuciones 2 y 3 para buscar moléculas extrañas de larga vida. Como resultado, la colaboración pudo utilizar el LHC de manera más eficiente, obteniendo un resultado sólido utilizando solo un tercio de la cantidad de datos de búsquedas anteriores. Para ello, el equipo de CMS mejoró el sistema operativo añadiendo un nuevo algoritmo llamado algoritmo de muones sin firmar. Esta mejora significa que incluso con solo cuatro o cinco meses de datos de la ejecución 3 en 2022, se registró una mayor cantidad de eventos de desplazamiento de muones que en el conjunto de datos mucho más grande de 2016-2018. La nueva cobertura de los estímulos aumenta drásticamente los rangos de impulso de los muones capturados, lo que permite al equipo explorar nuevas regiones donde pueden esconderse partículas de larga vida.

Planes futuros y exploración continua

El equipo de CMS continuará utilizando las técnicas más poderosas para analizar todos los datos tomados en los 3 años restantes de operaciones, con el objetivo de explorar más a fondo la física fuera del modelo estándar.