O CMS apresenta resultados de buscas por partículas neutras de vida longa.
A colaboração do CMS no Large Hadron Collider do CERN apresentou recentemente novos resultados em buscas de léptons neutros pesados de longa duração (HNLs). Também conhecidos como “neutrinos estéreis”, os HNLs são partículas hipotéticas interessantes que poderiam resolver três grandes quebra-cabeças na física de partículas: eles poderiam explicar a pequenez das massas dos neutrinos por meio do chamado mecanismo de “gangorra”, eles poderiam explicar a matéria-antimatéria assimetria do Universo e, ao mesmo tempo, poderiam fornecer um candidato para a matéria escura.
No entanto, os HNLs são muito difíceis de detectar, pois interagem muito fracamente com partículas conhecidas. A análise atual é um exemplo de pesquisadores que precisam usar métodos cada vez mais criativos para detectar partículas que os detectores não foram projetados especificamente para medir.
Estudando o decaimento de partículas no LHC
A maioria das partículas estudadas nos grandes experimentos do LHC tem uma coisa em comum: são instáveis e decaem quase imediatamente após serem produzidas. Os produtos desses decaimentos são geralmente elétrons, múons, fótons e hádrons – partículas bem conhecidas que os grandes detectores de partículas foram projetados para observar e medir. Estudos das partículas originais de vida curta são realizados com base na análise cuidadosa dos produtos de decaimento observados. Muitos dos principais resultados do LHC foram obtidos dessa maneira, desde o bóson de Higgs decaindo em pares de fótons e quatro léptons até estudos do quark top e descobertas de novos hádrons exóticos.
Uma Abordagem Diferente para Análise HNL
As HNLs estudadas nesta análise requerem uma abordagem diferente. São partículas neutras com tempos de vida comparativamente longos que lhes permitem voar por metros sem serem detectados, antes de decair em algum lugar do detector. A análise apresentada aqui se concentra nos casos em que um HNL apareceria após o decaimento de um bóson W em uma colisão próton-próton e, então, ele próprio decairia em algum lugar no sistema de múons do detector CMS.
Papel do Sistema Muon
O sistema de múons constitui a parte mais externa do CMS e foi projetado – como o próprio nome sugere – para detectar múons. Os múons produzidos nas colisões próton-próton do LHC atravessam todo o detector, deixando um rastro no sistema de rastreamento interno e depois outro no sistema de múons. A combinação desses dois traços na trilha completa do múon permite que os físicos identifiquem múons e meçam suas propriedades.
Na busca HNL, um múon é substituído por uma partícula pesada de interação fraca que não deixa rastros – até que decaia. Se decair no sistema de múons, pode produzir uma chuva de partículas claramente visíveis nos detectores de múons. Mas – ao contrário de um múon – não deixa rastros no detector de rastreamento interno e nenhuma outra atividade no sistema de múons. Essa análise é baseada na procura de grupos de rastros “do nada” nos detectores de múons.
Procedimento de Análise e Resultados
A análise começou selecionando eventos de colisão com um elétron ou múon reconstruído a partir do decaimento do bóson W e um agrupamento isolado de traços no sistema de múons. Em seguida, a análise exigiu a remoção dos casos em que os processos padrão poderiam imitar o sinal HNL. Após a análise completa, não foi observado nenhum excesso de sinal acima do esperado. Como resultado, uma gama de possíveis parâmetros HNL foi excluída, estabelecendo os limites mais rigorosos até o momento para HNLs com massas de 2-3 GeV.
Publicado em 07/08/2023 11h07
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