El experimento CMS del LHC busca fotones oscuros en desintegraciones de Higgs, afinando técnicas para hallar partículas exóticas.
El experimento CMS ha presentado su primera búsqueda de nueva física utilizando datos de la Tercera Fase del Gran Colisionador de Hadrones (LHC). El nuevo estudio examina la posibilidad de producción de "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, lo cual es muy largo 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 líder sobre los bloques fundamentales del Universo, pero muchas preguntas de 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 a fotones oscuros, reduciendo aún más el área en la que los físicos pueden buscarlos.
En teoría, los fotones oscuros viajarían una distancia medible en el detector CMS antes de desintegrarse en "muones desplazados". Si los científicos rastrearan las trayectorias de estos muones, encontrarían que no llegan hasta el punto de colisión, porque las trayectorias provienen de una partícula que ya se ha desplazado cierta distancia, sin dejar rastro.
La Tercera Fase del LHC comenzó en julio de 2022 y tiene una luminosidad instantánea más alta que las fases anteriores del LHC, lo que significa que hay más colisiones ocurriendo en cualquier momento para que los investigadores analicen. El LHC produce decenas de millones de colisiones cada segundo, pero solo unos pocos miles de ellas pueden ser almacenadas, ya que registrar cada colisión consumiría rápidamente toda la capacidad de almacenamiento de datos disponible.
Es por esto que el CMS está equipado con un algoritmo de selección de datos en tiempo real llamado el disparador, que decide si una colisión dada es interesante o no. Por lo tanto, no es solo un mayor volumen de datos lo que podría ayudar a revelar evidencia del fotón oscuro, sino también la forma en que el sistema de disparadores está afinado para buscar fenómenos específicos.
"Hemos mejorado realmente nuestra capacidad de activar muones desplazados", dice Juliette Alimena del experimento CMS. "Esto nos permite recolectar muchos más eventos que antes con muones que están desplazados del punto de colisión por distancias desde unos pocos cientos de micrómetros hasta varios metros. Gracias a estas mejoras, si los fotones oscuros existen, ahora es mucho más probable que CMS los encuentre".
El sistema de disparadores de CMS ha sido crucial en esta búsqueda y fue especialmente refinado entre las Fases 2 y 3 para buscar partículas exóticas de larga vida. Como resultado, la colaboración ha podido usar el LHC de manera más eficiente, obteniendo un resultado sólido utilizando solo un tercio de la cantidad de datos que en búsquedas anteriores.
Para hacer esto, el equipo de CMS refinó el sistema de disparadores añadiendo un nuevo algoritmo llamado algoritmo de muón no apuntante. Esta mejora significó que incluso con solo cuatro a cinco meses de datos de la Fase 3 en 2022, se registraron más eventos de muones desplazados que en el conjunto de datos mucho más grande de la Fase 2 de 2016-2018. La nueva cobertura de los disparadores aumenta enormemente los rangos de momento de los muones que se detectan, permitiendo al equipo explorar nuevas regiones donde podrían estar escondiéndose partículas de larga vida.
El equipo de CMS continuará utilizando las técnicas más poderosas para analizar todos los datos obtenidos en los años restantes de operaciones de la Fase 3, con el objetivo de explorar aún más la física más allá del Modelo Estándar.
Traducido de: Phys.org.
Más información: CERN