Nya partiklar som produceras i LHC:s högenergiproton-protonkollisioner hänger inte kvar länge. En Higgs -boson existerar under mindre än en tusendels av en miljarddel av en miljarddel av en sekund innan den förfaller till lättare partiklar, som sedan kan spåras eller stoppas i våra detektorer. Inget utesluter dock att det finns mycket längre partiklar, och vissa teoretiska scenarier förutsäger att sådana extraordinära föremål kan fastna i LHC -detektorerna, sitter där tyst i dagar.

CMS-samarbetet har rapporterat nya resultat i sökandet efter tunga långlivade partiklar (LLP), som kan förlora sin rörelseenergi och stanna i LHC -detektorerna. Förutsatt att partiklarna lever längre än några tiotals nanosekunder, deras förfall skulle vara synligt under perioder då inga LHC -kollisioner äger rum, att producera en ström av vanlig materia till synes ur ingenstans.

CMS-teamet letade efter dessa typer av icke-kollisionshändelser i experimentets tätaste detektormaterial, där de långlivade partiklarna sannolikt kommer att stoppas, baserat på LHC -kollisioner 2015 och 2016. Trots skurdata från en period på mer än 700 timmar, inget konstigt upptäcktes. Resultaten sätter de tätaste tvärsnitts- och massgränserna för hadroniskt förfallna långlivade partiklar som stannar i detektorn hittills, och de första gränserna för stoppade långlivade partiklar som produceras vid proton-protonkollisioner med en energi på 13 TeV.

Standardmodellen, det teoretiska ramverket som beskriver alla elementära partiklar, bekräftades 2012 med upptäckten av Higgs boson. Men några av universums största mysterier förblir oförklarliga, som varför materia rådde över antimateria i det tidiga universum eller vad exakt mörk materia är. Långlivade partiklar är bland många exotiska arter som skulle hjälpa till att ta itu med dessa mysterier och deras upptäckt skulle utgöra ett tydligt tecken på fysik bortom standardmodellen. Särskilt, sönderfallet som sökte efter i CMS gällde långlivade gluinos som uppstod i en modell som kallas "split" supersymmetri (SUSY) och exotiska partiklar som kallas "MCHAMPs".

Medan sökandet efter långlivade partiklar vid LHC gör snabba framsteg på både CMS och ATLAS, konstruktionen av en dedikerad LLP-detektor har föreslagits för LHC-eran med hög ljusstyrka. MATHUSLA (Massive Timing Hodoscope for Ultra Stable Neutral Particles) är planerad att vara en ytdetektor placerad 100 meter över antingen ATLAS eller CMS. Det skulle vara en enorm (200 × 200 × 20 m) låda, mestadels tom förutom den mycket känsliga utrustningen som används för att upptäcka LLP som produceras vid LHC -kollisioner.

Eftersom LLP interagerar svagt med vanlig materia, de kommer inte att uppleva några problem att resa genom klipporna mellan det underjordiska experimentet och MATHUSLA. Denna process liknar hur svagt interagerande kosmiska strålar färdas genom atmosfären och passerar genom jorden för att nå våra underjordiska detektorer, bara omvänt. Om den är konstruerad, experimentet kommer att utforska många fler scenarier och föra oss närmare att upptäcka ny fysik.