L'esperimento CMS ha presentato la sua prima ricerca di nuova fisica utilizzando i dati della fase 3 del Large Hadron Collider. Il nuovo studio esamina la possibilità della produzione di "fotoni oscuri" nel decadimento dei bosoni di Higgs nel rivelatore.
I fotoni oscuri sono particelle esotiche a vita lunga:"longevi" perché hanno una vita media di oltre un decimo di miliardesimo di secondo - una vita molto lunga in termini di particelle prodotte nell'LHC - ed "esotici" perché non fanno parte del modello standard della fisica delle particelle.
Il modello standard è la teoria principale degli elementi costitutivi fondamentali dell’universo, ma molte domande di fisica rimangono senza risposta, quindi continuano le ricerche di fenomeni oltre il modello standard. Il nuovo risultato di CMS definisce limiti più vincolati sui parametri del decadimento dei bosoni di Higgs in fotoni oscuri, restringendo ulteriormente l'area in cui i fisici possono cercarli.
In teoria, i fotoni oscuri percorrerebbero una distanza misurabile nel rilevatore CMS prima di decadere in “muoni spostati”. Se gli scienziati dovessero ripercorrere le tracce di questi muoni, scoprirebbero che non arrivano fino al punto di collisione, perché le tracce provengono da una particella che si è già spostata ad una certa distanza, senza alcuna traccia.
L'esecuzione 3 dell'LHC è iniziata nel luglio 2022 e ha una luminosità istantanea più elevata rispetto alle precedenti operazioni dell'LHC, il che significa che ci sono più collisioni che si verificano in qualsiasi momento affinché i ricercatori possano analizzarle. L'LHC produce decine di milioni di collisioni ogni secondo, ma solo poche migliaia di esse possono essere archiviate, poiché registrare ogni collisione consumerebbe rapidamente tutta la memoria di dati disponibile.
Per questo motivo CMS è dotato di un algoritmo di selezione dei dati in tempo reale chiamato trigger, che decide se una determinata collisione è interessante o meno. Pertanto, non è solo un volume maggiore di dati che potrebbe aiutare a rivelare la prova del fotone oscuro, ma anche il modo in cui il sistema di attivazione è messo a punto per cercare fenomeni specifici.
"Abbiamo davvero migliorato la nostra capacità di innescare i muoni spostati", afferma Juliette Alimena dell'esperimento CMS. "Questo ci permette di raccogliere molti più eventi di prima con muoni che vengono spostati dal punto di collisione di distanze da poche centinaia di micrometri a diversi metri. Grazie a questi miglioramenti, se esistono fotoni oscuri, CMS ora ha molte più probabilità di trovarli" ."
Il sistema di trigger CMS è stato fondamentale per questa ricerca ed è stato perfezionato in particolare tra le prove 2 e 3 per cercare particelle esotiche a vita lunga. Di conseguenza, la collaborazione è stata in grado di utilizzare l'LHC in modo più efficiente, ottenendo ottimi risultati utilizzando solo un terzo della quantità di dati delle ricerche precedenti.
Per fare ciò, il team CMS ha perfezionato il sistema di trigger aggiungendo un nuovo algoritmo chiamato algoritmo per muoni non puntanti. Questo miglioramento ha fatto sì che anche con soli quattro o cinque mesi di dati della Fase 3 nel 2022, sono stati registrati più eventi di muoni spostati rispetto al set di dati molto più ampio della Fase 2 del 2016-2018. La nuova copertura dei trigger aumenta notevolmente la gamma di quantità di moto dei muoni che vengono captati, consentendo al team di esplorare nuove regioni in cui potrebbero nascondersi particelle a vita lunga.
Il team CMS continuerà a utilizzare le tecniche più potenti per analizzare tutti i dati raccolti nei restanti anni di operazioni Run 3, con l'obiettivo di esplorare ulteriormente la fisica oltre il modello standard.
Ulteriori informazioni: Cerca particelle a vita lunga che decadono in una coppia di muoni in collisioni pp a √s =13,6 TeV con dati del 2022. cms-results.web.cern.ch/cms-re … XO-23-014/index.html
Fornito dal CERN
