CMS-experimentet har presenterat sin första sökning efter ny fysik med hjälp av data från Run 3 av Large Hadron Collider. Den nya studien tittar på möjligheten av "mörk foton" produktion i sönderfallet av Higgs bosoner i detektorn.

Mörka fotoner är exotiska långlivade partiklar:"Långlivade" eftersom de har en medellivslängd på mer än en tiondels miljarddels sekund – en mycket lång livslängd i termer av partiklar som produceras i LHC – och "exotiska" pga. de är inte en del av standardmodellen för partikelfysik.

Standardmodellen är den ledande teorin om universums grundläggande byggstenar, men många fysikfrågor förblir obesvarade, och därför fortsätter sökandet efter fenomen bortom standardmodellen. CMS:s nya resultat definierar mer begränsade gränser för parametrarna för sönderfallet av Higgs bosoner till mörka fotoner, vilket ytterligare begränsar området där fysiker kan söka efter dem.

I teorin skulle mörka fotoner färdas ett mätbart avstånd i CMS-detektorn innan de sönderfaller till "förskjutna myoner". Om forskare skulle spåra spåren efter dessa myoner, skulle de upptäcka att de inte når hela vägen till kollisionspunkten, eftersom spåren kommer från en partikel som redan har rört sig en bit bort, utan några spår.

Körning 3 av LHC började i juli 2022 och har en högre ögonblicklig ljusstyrka än tidigare LHC-körningar, vilket innebär att det händer fler kollisioner vid varje ögonblick för forskare att analysera. LHC producerar tiotals miljoner kollisioner varje sekund, men bara några tusen av dem kan lagras, eftersom registrering av varje kollision snabbt skulle förbruka all tillgänglig datalagring.

Det är därför CMS är utrustat med en datavalsalgoritm i realtid som kallas triggern, som avgör om en given kollision är intressant eller inte. Därför är det inte bara en högre volym data som kan hjälpa till att avslöja bevis på den mörka fotonen, utan också sättet på vilket triggersystemet är finjusterat för att leta efter specifika fenomen.

"Vi har verkligen förbättrat vår förmåga att trigga på fördrivna myoner", säger Juliette Alimena från CMS-experimentet. "Detta gör att vi kan samla in mycket fler händelser än tidigare med myoner som är förskjutna från kollisionspunkten med avstånd från några hundra mikrometer till flera meter. Tack vare dessa förbättringar, om mörka fotoner finns, är CMS nu mycket mer sannolikt att hitta dem ."

CMS-triggersystemet har varit avgörande för denna sökning, och förfinades särskilt mellan körningarna 2 och 3 för att söka efter exotiska långlivade partiklar. Som ett resultat av detta har samarbetet kunnat använda LHC mer effektivt och erhållit ett starkt resultat med bara en tredjedel av mängden data som tidigare sökningar.

För att göra detta förfinade CMS-teamet triggersystemet genom att lägga till en ny algoritm som kallas en icke-pekande myonalgoritm. Denna förbättring innebar att även med bara fyra till fem månaders data från Run 3 2022, registrerades fler förskjutna myon-händelser än i den mycket större 2016–18 Run 2-datauppsättningen. Den nya täckningen av triggers ökar kraftomfånget avsevärt för de myoner som plockas upp, vilket gör att teamet kan utforska nya regioner där långlivade partiklar kan gömma sig.

CMS-teamet kommer att fortsätta använda de mest kraftfulla teknikerna för att analysera all data som tagits under de återstående åren av Run 3-operationer, i syfte att ytterligare utforska fysiken utöver standardmodellen.

Mer information: Sök efter långlivade partiklar som sönderfaller till ett par myoner i pp-kollisioner vid √s =13,6 TeV med 2022-data. cms-results.web.cern.ch/cms-re … XO-23-014/index.html

Tillhandahålls av CERN