El experimento CMS ha presentado su primera búsqueda de nueva física utilizando datos de la tercera etapa 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:"de 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 restringidos en los parámetros de la desintegración de los bosones de Higgs en fotones oscuros, reduciendo aún más el área en la que los físicos pueden buscarlos.

En teoría, los fotones oscuros viajarían una distancia mensurable en el detector CMS antes de desintegrarse en "muones desplazados". Si los científicos volvieran a rastrear las huellas de estos muones, encontrarían que no llegan hasta el punto de colisión, porque las huellas provienen de una partícula que ya se ha alejado cierta distancia, sin dejar rastro.

La ejecución 3 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 cualquier momento para que los investigadores las analicen. El LHC produce decenas de millones de colisiones cada segundo, pero sólo unos pocos miles de ellas pueden almacenarse, ya que registrar cada colisión consumiría rápidamente todo el almacenamiento de datos disponible.

Es por eso que CMS está equipado con un algoritmo de selección de datos en tiempo real llamado disparador, que decide si una colisión determinada es interesante o no. Por lo tanto, no es sólo un mayor volumen de datos lo que podría ayudar a revelar evidencia del fotón oscuro, sino también la forma en que el sistema de activación está ajustado para buscar fenómenos específicos.

"Hemos mejorado realmente nuestra capacidad de activar muones desplazados", afirma Juliette Alimena del experimento CMS. "Esto nos permite recopilar muchos más eventos que antes con muones que se desplazan desde el punto de colisión a distancias que van desde unos pocos cientos de micrómetros hasta varios metros. Gracias a estas mejoras, si existen fotones oscuros, ahora es mucho más probable que el CMS los encuentre". ."

El sistema de activación CMS ha sido crucial para esta búsqueda y se perfeccionó especialmente entre los experimentos 2 y 3 para buscar partículas exóticas de larga vida. Como resultado, la colaboración ha podido utilizar el LHC de manera más eficiente, obteniendo un resultado sólido utilizando solo un tercio de la cantidad de datos de búsquedas anteriores.

Para hacer esto, el equipo de CMS perfeccionó el sistema de activación agregando un nuevo algoritmo llamado algoritmo de muones no apuntadores. Esta mejora significó que incluso con solo cuatro o cinco meses de datos de la Ejecución 3 en 2022, se registraron más eventos de muones desplazados que en el conjunto de datos mucho más grande de la Ejecución 2 de 2016-18. La nueva cobertura de los desencadenantes aumenta enormemente los rangos de impulso de los muones que se recogen, lo que permite al equipo explorar nuevas regiones donde pueden esconderse partículas de larga vida.

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

Más información: Busque partículas de larga vida que se desintegren en un par de muones en colisiones de pp a √s =13,6 TeV con datos de 2022. cms-results.web.cern.ch/cms-re... XO-23-014/index.html

Proporcionado por CERN