Bild: Eine im CMS-Detektor aufgezeichnete Proton-Proton-Kollision mit einem Kandidaten für ein langlebiges Teilchen, das weit vom Kollisionspunkt in ein Myon-Antimyon-Paar zerfällt. Die gelben Linien zeigen die Myonen an, welche nur im Myonsystem detektiert wurden. Aus den Spuren der Myonen wird der mit einem weissen Kreis gezeigte Punkt errechnet, an dem das hypothetische langlebige Teilchen zerfiel. Copyright: CERN/CMS
In einer neuen Studie, CMS-PAS-EXO-21-006, haben ForscherInnen des HEPHY Daten des CMS Experiments verwendet, um nach Anzeichen von Myonpaaren aus dem Zerfall eines unsichtbaren Teilchens im Raum zwischen dem Kollisionspunkt der Protonen und den Myondetektoren in den äußersten Lagen des Experiments zu suchen. Die Analyse widmet sich langlebigen Teilchen wie “dunklen Photonen” in einem hypothetischen “Dunklen Sektor” der Materie, die aus dem Zerfall des bekannten oder möglicher anderer, schwerer Higgs-Bosonen entstehen könnten und ihrerseits mit durchschnittlichen Längen zwischen Hundertsteln von Millimetern und mehreren Kilometern zerfallen würden. Die Studie wurde in Zusammenarbeit mit PhysikerInnen der University of California in Los Angeles durchgeführt.
Die Resultate dieser Suche, welche auf LHC Daten aus den Jahren 2015 bis 2018 beruhen, etablieren weltbeste Schranken für die Produktionsrate dieser hypothetischen, langlebigen Teilchen aus einem dunklen Sektor. “Im größten Bereich der Massen und Zerfallszeiten der dunklen Photonen stellen unsere Resultate die derzeit stärksten Einschränkungen für die untersuchten Erweiterungen des Standardmodells der Teilchenphysik dar”, sagt Dr. Alberto Escalante del Valle, Leiter des Analyseteams. Die Suche ist mit diesen Resultaten aber noch nicht zu Ende: HEPHY PhysikerInnen arbeiten an neuen Analysestrategien für die nächste Phase der Datennahme am LHC (2022-2025), um experimentell noch schwierigere aber gleichermaßen plausible Modelle für neue, langlebige Teilchen zu überprüfen.
Mehr zu diesen Resultaten im CMS physics briefing und - für eine noch detailliertere Beschreibung - in CMS-PAS-EXO-21-006 und CERN-THESIS-2021-281 (alle Dokumente auf Englisch).