Эксперимент CMS представил свой первый поиск новой физики с использованием данных третьего запуска Большого адронного коллайдера (БАК). Новое исследование рассматривает возможность образования «темных фотонов» при распаде бозонов Хиггса в детекторе. Темные фотоны — экзотические долгоживущие частицы: «долгоживущие», потому что их среднее время жизни превышает одну десятую миллиардной доли секунды — очень долгое время жизни с точки зрения частиц, произведенных на БАКе, — и «экзотические», потому что они не являются частью Стандартной модели физики элементарных частиц. Стандартная модель является ведущей теорией фундаментальных строительных блоков Вселенной, но многие вопросы физики остаются без ответа, поэтому поиски явлений за пределами Стандартной модели продолжаются. Новый результат CMS определяет более ограниченные пределы параметров распада бозонов Хиггса в темные фотоны, что еще больше сужает область, в которой физики могут их искать.
Теоретически темные фотоны должны пройти измеримое расстояние в детекторе CMS, прежде чем распадутся на «смещенные мюоны». Если бы ученым пришлось проследить следы этих мюонов, они бы обнаружили, что они не доходят до точки столкновения, потому что следы исходят от частицы, которая уже отошла на некоторое расстояние без каких-либо следов. Третий запуск БАК начался в июле 2022 года и имеет более высокую мгновенную светимость, чем предыдущие запуски БАК, а это означает, что в любой момент времени происходит больше столкновений, которые исследователи могут проанализировать. БАК производит десятки миллионов столкновений каждую секунду, но сохранить можно только несколько тысяч из них, поскольку запись каждого столкновения быстро израсходует все доступное хранилище данных. Вот почему CMS оснащена алгоритмом выбора данных в реальном времени, называемым триггером, который решает, представляет ли данное столкновение интерес или нет. Таким образом, не только больший объем данных может помочь выявить доказательства существования темного фотона, но и то, как триггерная система точно настроена для поиска конкретных явлений.
«Мы действительно улучшили нашу способность запускать смещенные мюоны», — говорит Джульетта Алимена из эксперимента CMS. «Это позволяет нам собирать гораздо больше событий, чем раньше, с мюонами, которые смещены от точки столкновения на расстояния от нескольких сотен микрометров до нескольких метров. Благодаря этим улучшениям, если темные фотоны существуют, CMS теперь с гораздо большей вероятностью их обнаружит." Триггерная система CMS сыграла решающую роль в этом поиске и была особенно усовершенствована между запусками 2 и 3 для поиска экзотических долгоживущих частиц. В результате коллаборация смогла использовать БАК более эффективно, получив убедительный результат, используя всего лишь треть объема данных по сравнению с предыдущими поисками.
Для этого команда CMS усовершенствовала триггерную систему, добавив новый алгоритм, называемый неуказывающим мюонным алгоритмом. Это улучшение означало, что даже при наличии всего лишь четырех-пяти месяцев данных третьего запуска в 2022 году было зарегистрировано больше событий со смещенными мюонами, чем в гораздо большем наборе данных второго запуска 2016–2018 годов. Новое покрытие триггеров значительно увеличивает диапазон импульсов улавливаемых мюонов, позволяя команде исследовать новые области, где могут скрываться долгоживущие частицы. Команда CMS продолжит использовать самые мощные методы для анализа всех данных, полученных за оставшиеся годы работы третьего запуска, с целью дальнейшего изучения физики за пределами Стандартной модели.
