En vy av CMS-detektorn. Kredit:CERN
Med Run 3 av Large Hadron Collider (LHC) precis runt hörnet, publicerar LHC-experimenten fortfarande nya resultat baserade på de tidigare körningarnas data. Trots att inga nya upptäckter tillkännagivits förekommer små avvikelser från förväntningarna i ett mindre antal analyser. På nuvarande nivå kan dessa avvikelser fortfarande hänföras till slumpmässiga fluktuationer i data, men de indikerar regioner som måste undersökas noggrant när den nya kollisionsströmmen väl kommer. Nedan finns några exempel som nyligen publicerats av samarbetet kompakt muon solenoid (CMS).
Under 2017 registrerade CMS en spektakulär kollisionshändelse som innehöll fyra partikelstrålar i det slutliga tillståndet. Den invarianta massan för alla fyra strålarna var 8 TeV och strålarna kunde delas upp i två par med en 1,9 TeV invariant massa vardera. En sådan konfiguration skulle kunna produceras om en ny partikel med en massa på 8 TeV skapades i kollisionen av protonstrålar, och därefter sönderföll till ett par – återigen nya – partiklar, med massor av 1,9 TeV. I en ny analys som nyligen publicerats av CMS, utförs en sökning efter sådana tvillingpar av jetstrålar med matchande invarianta massor för data som samlats in fram till slutet av LHC Run 2. Överraskande nog hittades en andra händelse med liknande slående egenskaper, med en 4 -jetmassa på 8,6 TeV och 2-jetmassa på 2,15 TeV. Dessa två händelser kan tydligt ses i plotten nedan, där 4-jet-händelserna plottas som en funktion av 2-jet- och 4-jet-massan.
Medan nästan alla observerade händelser med två par jetstrålar produceras av starka interaktioner mellan de kolliderande fotonerna, är händelser med så höga invarianta massor extremt osannolika. Sannolikheten att se två händelser vid dessa massor utan att några nya fenomen förekommer är i storleksordningen 1 på 20 000, vilket motsvarar en lokal signifikans på 3,9σ. Även om detta kan tyckas vara en mycket stark signal till en början, med tanke på att arean av massor som analyseras är stor är det viktigt att också titta på global signifikans, vilket indikerar sannolikheten att observera ett överskott var som helst i den analyserade regionen. För de två händelserna är den globala betydelsen endast 1,6σ.
Antal observerade händelser (färgskala), plottade som en funktion av fyra jets massa och medelmassan för de två dijeterna. De två punkterna uppe till höger motsvarar de två intressanta händelserna. Kredit:CMS
Två andra sökningar efter nya tunga partiklar rapporterar små överskott i data. I ett sökande efter högmassresonanser som sönderfaller till ett par W-bosoner (som sedan sönderfaller till leptoner) motsvarar den högsta avvikelsen en signalhypotes med en massa på 650 GeV, med lokal signifikans vid 3,8σ och global signifikans på 2,6σ. I ett sökande efter tunga partiklar som sönderfaller till ett par bosoner (WW, WZ eller andra kombinationer, inklusive Higgs-bosoner) som därefter sönderfaller till par av jetstrålar, avviker data från förväntningarna på två ställen. Signalhypotesen är en W'-boson med en massa på 2,1 eller 2,9 TeV, som sönderfaller till ett WZ-par och den högsta lokala signifikansen är 3,6σ, med en global signifikans på 2,3σ.
Ett annat nytt resultat kommer från sökningar som letar efter extra Higgs-bosonpartiklar som sönderfaller till tau-par. För en ny partikel med en massa på 100 GeV finns ett litet överskott i data med 3,1σ lokal och 2,7σ global signifikans. Intressant nog sammanfaller detta med ett liknande överskott som sågs av CMS i en tidigare sökning efter lågmassresonanser i sluttillståndet med två fotoner. Ett annat överskott är synligt i högmassområdet, med den största avvikelsen från förväntan som observerats för en massa på 1,2 TeV med en lokal (global) signifikans på 2,8σ (2,4σ).
Tau pair-sluttillståndet användes också för att leta efter hypotetiska nya partiklar som kallas leptoquarks. Detta är av särskilt intresse eftersom leptoquarks potentiellt kan förklara de smakavvikelser som har observerats av LHCb-experimentet, så om anomalierna verkligen är en manifestation av några nya fenomen, skulle detta vara ett sätt att självständigt se på dessa fenomen från en annan vinkel . Inget överskott har hittats av CMS än så länge, men analysen har bara börjat bli känslig för intervallet av leptoquark-parametrar som skulle kunna passa smakavvikelserna, så mer data behövs för att helt utforska leptoquark-hypotesen.
Den nya LHC-dataupptagningsperioden är inställd på att börja i juli, med högre energi och med avsevärt uppgraderade detektorer, vilket lovar en ny ström av data för sökningar efter nya fenomen. + Utforska vidare
