El experimento NA64 comenzó a funcionar en el área SPS Norte del CERN en 2016. Su objetivo es buscar partículas desconocidas de un hipotético "sector oscuro". Para estas búsquedas, NA64 dirige un haz de electrones hacia un objetivo fijo. Luego, los investigadores buscan partículas desconocidas del sector oscuro producidas por colisiones entre los electrones del haz y los núcleos atómicos del objetivo.
Recientemente, el equipo NA64 comenzó a utilizar un haz de muones del SPS para buscar nuevas partículas que interactúen predominantemente con muones (versiones más pesadas del electrón) y podrían explicar simultáneamente el antiguo enigma del momento magnético anómalo del muón y la materia oscura. (DM) problema. Sus primeros resultados fueron aceptados en la revista Physical Review Letters el 8 de abril.
En este artículo, la colaboración NA64 establece nuevos límites en el espacio de parámetros disponible:la ventana donde los investigadores podrían encontrar un hipotético bosón oscuro Z' acoplado solo a muones y tauones para valores dados de su masa y fuerza de acoplamiento.
En el llamado modelo vainilla, el Z' sólo puede desintegrarse nuevamente en neutrinos y podría proporcionar una explicación del rompecabezas del momento magnético anómalo del muón. Sin embargo, en modelos extendidos, también puede descomponerse en candidatos a DM. Esto resolvería el problema de DM al predecir la densidad reliquia observada de las partículas de DM creadas en el universo primitivo.
Con estos resultados, la colaboración NA64 demuestra el gran potencial de los haces de muones en la búsqueda de materia oscura y en futuros nuevos escenarios de física preferentemente acoplados a muones.
"Los muones que se dispersan desde los núcleos del objetivo podrían producir un hipotético bosón oscuro Z', seguido de su desintegración invisible en un par de neutrinos o un par de candidatos a materia oscura, dependiendo del modelo subyacente", explica el coordinador técnico adjunto. Laura Molina Bueno. "A la firma de esta producción le faltaría energía e impulso en nuestros detectores."
Para buscar esto, se dispara un haz de muones terciario de 160 GeV derivado del haz de protones primario SPS sobre un calorímetro electromagnético que actúa como objetivo activo. Luego, los experimentadores buscan eventos en los que un muón en estado final tenga un impulso inferior a 80 GeV sin actividad detectable en los calorímetros posteriores.
Como no se observó ningún evento que coincidiera con estas condiciones en la región de señal esperada, los investigadores pudieron excluir esta región y concluir que, para el primer modelo, la única ventana de masa posible para un bosón oscuro Z' para explicar la anomalía del muón g-2 es desde 6 MeV hasta 40 MeV.
Sus resultados también indican que la materia oscura térmica ligera acoplada al modelo estándar a través de un (Lmu-Ltau) Z' no puede pesar más de 40 MeV.
NA64 se encuentra entre los primeros experimentos que buscan sectores oscuros débilmente acoplados a muones. Los experimentadores confían en que en el futuro cubrirán el espacio de parámetros disponible utilizando intensidades de haz más altas.
"El uso de un haz de muones abre una nueva ventana para explorar otros escenarios físicos nuevos y bien motivados, como modelos de referencia de fotones oscuros, portales escalares, partículas milicargadas o procesos que violan el sabor de los leptones", concluye el coportavoz de NA64, Paolo Crivelli. P>
