
Ilustración de dos tipos de partículas de larga vida que se descomponen en un par de muones que muestra cómo las señales de los muones se pueden rastrear hasta el punto de desintegración de las partículas de larga vida utilizando datos del rastreador y los detectores de muones. Crédito: CMS/CERN
Esta búsqueda de partículas exóticas de larga vida analiza la posibilidad de «oscuridad».
» data-gt-translate-attributes=»({«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»})» tabindex=»0″ role=»link»>Fotón”producción, que ocurre cuando el bosón de Higgs se desintegra en muones desplazados en un detector.
El experimento CMS presentó su primera búsqueda de nueva física utilizando datos de la ejecución 3 del Gran Colisionador de Hadrones. El nuevo estudio analiza la posibilidad de que se produzcan «fotones oscuros» en la desintegración de los bosones de Higgs en el detector. Los fotones oscuros son partículas exóticas de larga vida: «larga vida» porque tienen una vida media de más de una décima de milmillonésima de segundo (una vida muy larga en términos de partículas producidas en el LHC) y «exóticas». porque no forman parte del modelo estándar de física de partículas.
El Modelo Estándar es la teoría principal sobre los componentes fundamentales del Universo, pero muchas preguntas de la física siguen sin respuesta, por lo que continúan las búsquedas de fenómenos más allá del Modelo Estándar. El nuevo resultado de CMS define límites más restrictivos en los parámetros de desintegración de los bosones de Higgs para fotones oscuros, reduciendo aún más la región donde los físicos pueden buscarlos.
Teoría de fotones oscuros y detección de partículas
En teoría, los fotones oscuros viajan una distancia mensurable antes de descomponerse en «muones desplazados» en el detector CMS. Si los científicos volvieran a rastrear las huellas de estos muones, descubrirían que nunca llegaron al punto de colisión, porque las huellas provienen de una partícula que ya se ha movido cierta distancia sin dejar rastro.
La ejecución 3 del LHC comienza en julio de 2022 y tiene una luminosidad instantánea más alta que las ejecuciones anteriores del LHC, lo que significa que ocurren más colisiones en cualquier momento para que los investigadores las analicen. El LHC produce decenas de millones de colisiones por segundo, pero sólo puede almacenar unos pocos miles de ellas, ya que el registro de cada colisión consume rápidamente todo el almacenamiento de datos disponible. Es por eso que CMS tiene un algoritmo de selección de datos en tiempo real llamado Trigger, que determina si una colisión en particular es interesante o no. Por lo tanto, no es sólo la gran cantidad de datos lo que ayuda a descubrir evidencia de fotones oscuros, sino también la forma de ajustar el sistema de excitación para buscar fenómenos específicos.
Avances en sistemas de estimulación y recogida de datos.
«Hemos mejorado realmente nuestra capacidad para excitar muones desplazados», afirma Juliet Alimena, del experimento CMS. «Esto nos permite recopilar más eventos que antes con muones desplazados desde el punto de colisión a distancias de unos pocos cientos de micrómetros a varios metros. Gracias a estas mejoras, si existen fotones oscuros, ahora es mucho más probable que CMS los detecte.
El sistema de excitación CMS fue fundamental para esta búsqueda y se perfeccionó especialmente entre los ensayos 2 y 3 para buscar partículas exóticas de larga vida. Como resultado, la colaboración pudo utilizar el LHC de manera más eficiente, obteniendo resultados sólidos utilizando solo un tercio de los datos de búsquedas anteriores. Para hacer esto, el equipo de CMS perfeccionó el sistema de activación agregando un nuevo algoritmo llamado algoritmo de muón no apuntador. Esta mejora muestra que con solo cuatro a cinco meses de datos de la Ejecución 3 en 2022, se registraron más eventos de muan desplazados que el conjunto de datos de la Ejecución 2 de 2016-18. La nueva cobertura de los detectores aumenta en gran medida los rangos de impulso de los muones captados, 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 durante los años restantes de las operaciones de la Ejecución 3, con el objetivo de explorar más la física más allá del Modelo Estándar.