Esta busca por partículas exóticas de vida longa analisa a possibilidade de produção de “fótons escuros”, que ocorreria quando um bóson de Higgs decaísse em múons deslocados no detector.
O experimento CMS apresentou sua primeira busca por nova física usando dados da 3ª execução do Large Hadron Collider. O novo estudo analisa a possibilidade de produção de “fótons escuros” no decaimento dos bósons de Higgs no detector. Os fótons escuros são partículas exóticas de vida longa: “de longa vida” porque têm uma vida média de mais de um décimo de bilionésimo de segundo – uma vida muito longa em termos de partículas produzidas no LHC – e “exóticas” porque eles não fazem parte do Modelo Padrão da física de partículas.
O Modelo Padrão é a principal teoria dos blocos de construção fundamentais do Universo, mas muitas questões físicas permanecem sem resposta, e assim as pesquisas por fenômenos além do Modelo Padrão continuam. O novo resultado do CMS define limites mais restritos nos parâmetros do decaimento dos bósons de Higgs em fótons escuros, restringindo ainda mais a área na qual os físicos podem procurá-los.
Teoria do fóton escuro e detecção de partículas
Em teoria, os fótons escuros percorreriam uma distância mensurável no detector CMS antes de decaírem em “múons deslocados”. Se os cientistas reconstituíssem os rastros desses múons, descobririam que eles não chegam até o ponto de colisão, porque os rastros vêm de uma partícula que já se moveu a alguma distância, sem qualquer vestígio.
A terceira execução do LHC começou em julho de 2022 e tem uma luminosidade instantânea mais alta do que as execuções anteriores do LHC, o que significa que há mais colisões acontecendo a qualquer momento para os pesquisadores analisarem. O LHC produz dezenas de milhões de colisões a cada segundo, mas apenas alguns milhares delas podem ser armazenadas, já que registrar cada colisão consumiria rapidamente todo o armazenamento de dados disponível. É por isso que o CMS é equipado com um algoritmo de seleção de dados em tempo real chamado trigger, que decide se uma determinada colisão é interessante ou não. Portanto, não é apenas um volume maior de dados que poderia ajudar a revelar evidências do fóton escuro, mas também a maneira como o sistema de disparo é ajustado para procurar fenômenos específicos.
Avanços no sistema de gatilho e coleta de dados
“Realmente melhoramos a nossa capacidade de desencadear múons deslocados”, diz Juliette Alimena, do experimento CMS. “Isso nos permite coletar muito mais eventos do que antes com múons que são deslocados do ponto de colisão por distâncias de algumas centenas de micrômetros a vários metros. Graças a essas melhorias, se existirem fótons escuros, o CMS terá agora muito mais probabilidade de encontrá-los.”
O sistema de disparo CMS foi crucial para esta busca e foi especialmente refinado entre as execuções 2 e 3 para procurar partículas exóticas de vida longa. Como resultado, a colaboração conseguiu utilizar o LHC de forma mais eficiente, obtendo um resultado forte utilizando apenas um terço da quantidade de dados de pesquisas anteriores. Para fazer isso, a equipe do CMS refinou o sistema de gatilho adicionando um novo algoritmo chamado algoritmo de múon não apontador. Esta melhoria significou que, mesmo com apenas quatro a cinco meses de dados da Execução 3 em 2022, foram registados mais eventos de muões deslocados do que no conjunto de dados muito maior da Execução 2 de 2016-18. A nova cobertura dos gatilhos aumenta enormemente os intervalos de momento dos múons que são captados, permitindo à equipe explorar novas regiões onde partículas de vida longa podem estar escondidas.
Planos Futuros e Exploração Continuada
A equipe do CMS continuará usando as técnicas mais poderosas para analisar todos os dados coletados nos anos restantes das operações da Run 3, com o objetivo de explorar ainda mais a física além do Modelo Padrão.
Publicado em 08/01/2024 18h11
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