Команда CMS в ЦЕРНе представила новые результаты поиска тёмных фотонов

Коллаборация CMS в ЦЕРНе представила новые результаты поиска тёмных фотонов. Впервые был использован набор данных из третьего запуска Большого адронного коллайдера для исследования возможности производства "тёмных фотонов" при распаде бозонов Хиггса в детекторе.

"Тёмные фотоны" — это экзотические долгоживущие частицы. Их среднее время жизни составляет более десятой доли миллиардной секунды, что для частиц, производимых в LHC, считается очень долгим периодом. Они не являются частью Стандартной модели физики элементарных частиц, которая до сих пор остаётся ведущей теорией о строении Вселенной. Но поскольку многие вопросы физики остаются без ответа, учёные продолжают искать явления, выходящие за рамки Стандартной модели.

Новые результаты CMS определяют более строгие ограничения на параметры распада бозонов Хиггса на тёмные фотоны, сужая область поисков для физиков. В теории, тёмные фотоны могут пройти измеримое расстояние в детекторе CMS, прежде чем распасться на "смещённые мюоны". Если учёные отследят их пути, они обнаружат, что траектории не доходят до точки столкновения, поскольку они исходят от частицы, уже преодолевшей некоторое расстояние.

Третий запуск LHC, начавшийся в июле 2022 года, обладает более высокой мгновенной светимостью по сравнению с предыдущими запусками, что означает большее количество столкновений для анализа. LHC производит десятки миллионов столкновений в секунду, но только несколько тысяч из них могут быть сохранены, так как запись каждого столкновения быстро исчерпала бы все доступные ресурсы данных.

Важную роль в поиске играет система триггеров CMS, которая решает, является ли данное столкновение интересным. "Мы действительно улучшили нашу способность фиксировать смещённые мюоны," говорит Жюльетт Алимена из эксперимента CMS. Благодаря этим улучшениям, если тёмные фотоны существуют, CMS теперь с большей вероятностью их обнаружит.

Система триггеров CMS была особенно усовершенствована между вторым и третьим запусками для поиска экзотических долгоживущих частиц. В результате коллаборация смогла более эффективно использовать LHC, получив значительные результаты, используя лишь треть объёма данных предыдущих поисков.

Команда CMS усовершенствовала систему триггеров, добавив новый алгоритм для обнаружения неуказывающих мюонов. Это позволило записать больше событий с смещёнными мюонами за четыре-пять месяцев 2022 года, чем за гораздо более длительный период 2016–2018 годов. Новая система триггеров значительно расширяет диапазоны импульсов регистрируемых мюонов, позволяя исследовать новые регионы, где могут скрываться долгоживущие частицы.

Команда CMS продолжит использовать самые мощные методы анализа всех данных, собранных в оставшиеся годы работы третьего запуска, с целью дальнейшего изучения физики за пределами Стандартной модели.