Las nuevas partículas producidas en las colisiones protón-protón de alta energía del LHC no permanecen por mucho tiempo. Un bosón de Higgs existe durante menos de una milésima de mil millonésima de mil millonésima de segundo antes de descomponerse en partículas más ligeras. que luego se puede rastrear o detener en nuestros detectores. Sin embargo, nada descarta la existencia de partículas de vida mucho más larga, y ciertos escenarios teóricos predicen que objetos tan extraordinarios podrían quedar atrapados en los detectores del LHC, sentado allí en silencio durante días.

La colaboración de CMS ha informado de nuevos resultados en su búsqueda de partículas pesadas de larga duración (LLP), que podrían perder su energía cinética y detenerse en los detectores del LHC. Siempre que las partículas vivan más de unas pocas decenas de nanosegundos, su deterioro sería visible durante los períodos en los que no se están produciendo colisiones con el LHC, produciendo una corriente de materia ordinaria aparentemente de la nada.

El equipo de CMS buscó este tipo de eventos sin colisión en los materiales detectores más densos del experimento. donde es más probable que se detengan las partículas de larga duración, basado en las colisiones del LHC en 2015 y 2016. A pesar de los datos de rastreo de un período de más de 700 horas, no se vio nada extraño. Los resultados establecen los límites de masa y sección transversal más estrictos para las partículas de larga duración que se descomponen hadrónicamente y que se detienen en el detector hasta la fecha. y los primeros límites en partículas de larga duración detenidas producidas en colisiones protón-protón a una energía de 13 TeV.

El modelo estándar, el marco teórico que describe todas las partículas elementales, se reivindicó en 2012 con el descubrimiento del bosón de Higgs. Pero algunos de los mayores misterios del universo siguen sin explicarse, como por qué la materia prevaleció sobre la antimateria en el universo primitivo o qué es exactamente la materia oscura. Las partículas de larga vida se encuentran entre las numerosas especies exóticas que ayudarían a abordar estos misterios y su descubrimiento constituiría una clara señal de la física más allá del Modelo Estándar. En particular, las desintegraciones buscadas en CMS se referían a gluinos de larga vida que surgen en un modelo llamado supersimetría "dividida" (SUSY) y partículas exóticas llamadas "MCHAMP".

Si bien la búsqueda de partículas de larga duración en el LHC está progresando rápidamente tanto en CMS como en ATLAS, Se ha propuesto la construcción de un detector LLP dedicado para la era de alta luminosidad del LHC. Se planea que MATHUSLA (Hodoscopio de sincronización masiva para partículas neutras ultraestables) sea un detector de superficie colocado 100 metros por encima de ATLAS o CMS. Sería una caja enorme (200 × 200 × 20 m), en su mayoría vacíos, excepto por el equipo muy sensible que se utiliza para detectar LLP producidos en colisiones del LHC.

Dado que las LLP interactúan débilmente con la materia ordinaria, no tendrán problemas para viajar a través de las rocas entre el experimento subterráneo y MATHUSLA. Este proceso es similar a cómo los rayos cósmicos que interactúan débilmente viajan a través de la atmósfera y atraviesan la Tierra para llegar a nuestros detectores subterráneos. solo al revés. Si está construido, el experimento explorará muchos más escenarios y nos acercará al descubrimiento de nueva física.