Ilustrace dvou typů částic s dlouhou životností, které se rozpadají na pár mionů, ukazující, jak lze mionové signály vysledovat zpět k bodu rozpadu částic s dlouhou životností pomocí dat ze stopovačů a mionových detektorů. Kredit: CMS/CERN
Toto hledání exotických částic s dlouhou životností zkoumá možnost „temné“ události. Foton„Produkce, ke které může dojít, když se Higgsův boson v detektoru rozpadne na vytěsněné miony.“
Experiment CMS poskytl své první hledání nové fyziky pomocí dat z běhu 3 velkého hadronového urychlovače. Nová studie zkoumá možnost produkce „temného fotonu“ při rozpadu Higgsových bosonů v detektoru. Tmavé fotony jsou exotické částice s dlouhou životností: „dlouhověké“, protože jejich průměrná životnost je více než desetina miliardtiny sekundy – extrémně dlouhá životnost pro částice produkované ve Velkém hadronovém urychlovači – a „podivné“, protože nejsou součástí standardního modelu částicové fyziky.
Standardní model je vedoucí teorií základních stavebních kamenů vesmíru, ale mnoho fyzikálních otázek zůstává nezodpovězeno, a tak pokračuje hledání jevů mimo Standardní model. Nový výsledek CMS stanoví restriktivnější limity proměnných rozpadu Higgsových bosonů na temné fotony, což dále zužuje oblast, ve které mohou fyzici hledat.
Teorie temných fotonů a detekce částic
Teoreticky by temné fotony urazily měřitelnou vzdálenost v detektoru CMS, než by se rozpadly na „vytěsněné miony“. Pokud vědci sledují dráhy těchto mionů, zjistí, že nedosáhnou bodu dopadu, protože dráhy pocházejí z částice, která se již posunula o nějakou vzdálenost, bez jakékoli stopy.
Třetí běh LHC začal v červenci 2022 a má vyšší okamžitou svítivost než předchozí běhy LHC, což znamená, že v každém okamžiku dochází k většímu počtu kolizí, které mohou výzkumníci analyzovat. LHC produkuje desítky milionů kolizí každou sekundu, ale uložit lze pouze několik tisíc z nich, protože záznam každé kolize by rychle spotřeboval veškerý dostupný úložný prostor pro data. Proto je CMS vybaven algoritmem pro výběr dat v reálném čase zvaným trigger, který rozhoduje o tom, zda je konkrétní kolize zajímavá nebo ne. Není to tedy jen velký objem dat, který může pomoci odhalit důkazy existence temného fotonu, ale také způsob, jakým je spouštěcí systém naladěn na hledání konkrétních jevů.
Pokroky ve spoušťovém systému a sběru dat
„Už jsme zlepšili naši schopnost stimulovat přemístěné miony,“ říká Juliette Alemina z experimentu CMS. „To nám umožňuje shromáždit mnohem více událostí než dříve pomocí mionů přemístěných z místa dopadu na vzdálenosti od několika set mikrometrů do několika metrů. Díky těmto vylepšením, pokud jsou přítomny tmavé fotony, je nyní CMS pravděpodobnější, že je najde.“ .“
Běh CMS byl pro tento výzkum zásadní a byl zvláště optimalizován mezi běhy 2 a 3 pro hledání cizích molekul s dlouhou životností. Díky tomu se díky spolupráci podařilo využít LHC efektivněji a získat robustní výsledek s použitím pouze třetiny dat z předchozích vyhledávání. Za tímto účelem tým CMS vylepšil operační systém přidáním nového algoritmu nazvaného algoritmus unsigned mion. Toto zlepšení znamená, že i při pouhých čtyřech až pěti měsících dat z běhu 3 v roce 2022 byl zaznamenán větší počet událostí vytěsnění mionů než v mnohem větším souboru dat 2016-2018. Nové pokrytí stimulů dramaticky zvyšuje rozsahy hybnosti zachycených mionů, což týmu umožňuje prozkoumat nové oblasti, kde se mohou skrývat částice s dlouhou životností.
Budoucí plány a pokračující průzkum
Tým CMS bude i nadále používat nejvýkonnější techniky k analýze všech dat získaných ve zbývajících 3 letech provozu s cílem dále zkoumat fyziku mimo standardní model.
„Hudební učenec. Spisovatel. Zlý slanina evangelista. Hrdý twitter narkoman. Myslitel. Milovník internetu. Jemně okouzlující hráč.“
