Търсене на пионерски частици с помощта на Големия адронен колайдер

Това търсене на дългоживеещи екзотични частици изследва възможността за „тъмно“ събитие. Фотон„Производство, което може да възникне, когато Хигс бозонът се разпадне на изместени мюони в детектора.

Експериментът CMS предостави първото си търсене на нова физика, използвайки данни от цикъл 3 на Големия адронен колайдер. Новото изследване изследва възможността за производство на „тъмен фотон“ при разпадането на бозоните на Хигс в детектора. Тъмните фотони са екзотични частици с дълъг живот: „дълготрайни“, защото техният среден живот е повече от една десета от милиардната част от секундата – изключително дълъг живот за частиците, произведени в Големия адронен колайдер – и „странни“, защото те не са част от стандартния модел на физиката на елементарните частици.

Стандартният модел е водещата теория за основните градивни елементи на Вселената, но много физически въпроси остават без отговор и по този начин търсенето на явления извън Стандартния модел продължава. Новият резултат от CMS определя по-рестриктивни граници на променливите на разпада на бозоните на Хигс в тъмни фотони, като допълнително стеснява региона, в който физиците могат да търсят.

Теория на тъмните фотони и откриване на частици

На теория тъмните фотони биха изминали измеримо разстояние в детектора на CMS, преди да се разпаднат в „изместени мюони“. Ако учените проследят пътищата на тези мюони, те ще открият, че те не достигат до точката на удара, защото пътищата идват от частица, която вече се е преместила на известно разстояние, без никаква следа.

Третият пробег на LHC започна през юли 2022 г. и има по-висока моментна осветеност от предишните прогони на LHC, което означава, че във всеки един момент има повече сблъсъци, които изследователите да анализират. LHC произвежда десетки милиони сблъсъци всяка секунда, но само няколко хиляди от тях могат да бъдат съхранени, тъй като записването на всеки сблъсък бързо би изразходвало цялото налично пространство за съхранение на данни. Ето защо CMS е оборудван с алгоритъм за избор на данни в реално време, наречен тригер, който решава дали определен сблъсък е интересен или не. Следователно не само големият обем данни може да помогне за разкриването на доказателства за тъмен фотон, но и начинът, по който задействащата система е настроена да търси специфични явления.

Напредък в системата за задействане и събирането на данни

„Вече подобрихме способността си да стимулираме изместени мюони“, казва Джулиет Алемина от експеримента CMS. „Това ни позволява да събираме много повече събития, отколкото преди, като използваме мюони, изместени от точката на удара на разстояния, вариращи от няколкостотин микрометра до няколко метра. Благодарение на тези подобрения, ако присъстват тъмни фотони, CMS сега е по-вероятно да ги намери .”

Провеждането на CMS беше от решаващо значение за това изследване и беше особено оптимизирано между серии 2 и 3 за търсене на дълготрайни чужди молекули. В резултат на това сътрудничеството успя да използва LHC по-ефективно, като получи стабилен резултат, използвайки само една трета от количеството данни от предишни търсения. За да направи това, екипът на CMS подобри операционната система, като добави нов алгоритъм, наречен неподписан мюонен алгоритъм. Това подобрение означава, че дори само с данни от четири до пет месеца от цикъл 3 през 2022 г., са регистрирани по-голям брой събития на изместване на мюони, отколкото в много по-големия набор от данни за 2016-2018 г. Новото покритие на стимулите драстично увеличава диапазоните на импулса на уловените мюони, което позволява на екипа да изследва нови региони, където може да се крият дългоживеещи частици.

Бъдещи планове и продължаване на проучването

Екипът на CMS ще продължи да използва най-мощните техники за анализ на всички данни, взети през оставащите 3 години операции, с цел по-нататъшно изследване на физиката извън Стандартния модел.