Le nuove particelle prodotte nelle collisioni protone-protone ad alta energia dell'LHC non durano a lungo. Un bosone di Higgs esiste per meno di un millesimo di miliardesimo di miliardesimo di secondo prima di decadere in particelle più leggere, che possono poi essere rintracciati o fermati nei nostri rilevatori. Nulla esclude però l'esistenza di particelle molto più longeve, e alcuni scenari teorici prevedono che oggetti così straordinari potrebbero rimanere intrappolati nei rivelatori di LHC, seduto lì in silenzio per giorni.

La collaborazione CMS ha riportato nuovi risultati nella sua ricerca di particelle pesanti a vita lunga (LLP), che potrebbero perdere la loro energia cinetica e arrestarsi nei rivelatori di LHC. A condizione che le particelle vivano per più di qualche decina di nanosecondi, il loro decadimento sarebbe visibile durante i periodi in cui non si verificano collisioni con LHC, producendo un flusso di materia ordinaria apparentemente dal nulla.

Il team CMS ha cercato questi tipi di eventi di non collisione nei materiali rivelatori più densi dell'esperimento, dove è più probabile che le particelle a vita lunga vengano fermate, sulla base delle collisioni di LHC nel 2015 e nel 2016. Nonostante i dati raccolti in un periodo di oltre 700 ore, non è stato riscontrato nulla di strano. I risultati stabiliscono la sezione trasversale più stretta e i limiti di massa per le particelle a lunga vita a decadimento adronico che si fermano nel rivelatore fino ad oggi, ei primi limiti sulle particelle ferme a vita lunga prodotte in collisioni protone-protone ad un'energia di 13 TeV.

Il modello standard, il quadro teorico che descrive tutte le particelle elementari, è stata vendicata nel 2012 con la scoperta del bosone di Higgs. Ma alcuni dei più grandi misteri dell'universo rimangono inspiegabili, come il motivo per cui la materia ha prevalso sull'antimateria nell'universo primordiale o cos'è esattamente la materia oscura. Le particelle a vita lunga sono tra le numerose specie esotiche che aiuterebbero ad affrontare questi misteri e la loro scoperta costituirebbe un chiaro segno di fisica oltre il Modello Standard. In particolare, i decadimenti ricercati in CMS riguardavano gluini a vita lunga che si manifestavano in un modello chiamato supersimmetria "divisa" (SUSY) e particelle esotiche chiamate "MCHAMP".

Mentre la ricerca di particelle di lunga durata all'LHC sta facendo rapidi progressi sia a CMS che ad ATLAS, la costruzione di un rivelatore LLP dedicato è stata proposta per l'era ad alta luminosità dell'LHC. MATHUSLA (Massive Timing Hodoscope for Ultra Stable Neutral Particles) è progettato per essere un rilevatore di superficie posizionato a 100 metri sopra ATLAS o CMS. Sarebbe una scatola enorme (200 × 200 × 20 m), per lo più vuoto ad eccezione delle apparecchiature molto sensibili utilizzate per rilevare gli LLP prodotti nelle collisioni di LHC.

Poiché gli LLP interagiscono debolmente con la materia ordinaria, non avranno problemi a viaggiare attraverso le rocce tra l'esperimento sotterraneo e MATHUSLA. Questo processo è simile a come i raggi cosmici che interagiscono debolmente viaggiano attraverso l'atmosfera e attraversano la Terra per raggiungere i nostri rilevatori sotterranei, solo al contrario. Se costruito, l'esperimento esplorerà molti più scenari e ci avvicinerà alla scoperta di nuova fisica.