Пресс-центр

Эксперимент CMS доложил о поисках тяжелых частиц Новой физики

Эксперимент CMS, который проводится на Большом адронном коллайдере (БАК), опубликовал предварительные данные о результатах поиска новых тяжелых частиц Новой физики. Для поиска таких частиц исследовались адронные струи, появляющиеся с задержкой относительно времени взаимодействия пучков БАК. Указаний на новые массивные частицы пока не обнаружено.

Спектр времен жизни частиц Стандартной Модели (СМ) физики элементарных частиц чрезвычайно широк. Например, t-кварк распадается примерно за 5×10⁻²⁵ с, а экспериментальное ограничение на время жизни протона составляет более чем 5×10⁴¹ с. Столь широкий диапазон времен жизни частиц СМ подсказывает исследователям, что и для частиц физики за пределами СМ (её часто называют Новой физикой, НФ) диапазон времен жизни тоже может быть довольно широк. Для того чтобы «прощупать» некоторые точки пространства параметров частиц НФ, можно использовать экспериментальные подходы, довольно сильно отличающиеся от типичных методов поиска (поиск событий с недостающей энергией, поиск тяжелых резонансов и др.).

На проходящей в эти дни конференции Rencontres de Moriond эксперимент CMS (Compact Muon Solenoid, в переводе с английского компактный мюонный соленоид) представил новые предварительные данные по поиску массивных долгоживущих частиц, распадающихся с испусканием адронов, которые детектируются как адронные струи. Отличие таких струй от обычных, которые родились непосредственно в точке взаимодействия пучков протонов сверхвысоких энергий, состоит в том, что они должны появляться в адронном калориметре с небольшой задержкой. Эта задержка связана с тем, что тяжелая частица НФ, при распаде которой рождается пучок адронов, движется значительно медленнее скорости света. Точные характеристики опаздывающих струй (англ. delayed jets) зависят от массы и периода полураспада частиц НФ.

Для того чтобы выделить опаздывающие струи, физикам нужно знать, какие фоновые процессы будут мимикрировать под сигналы НФ. В представленном анализе фон от взаимодействующих пучков был довольно низок, основной вклад в который вносят  мюоны космического излучения. Мюоны высоких энергий довольно слабо тормозятся веществом, но при этом такие прилетающие сверху и проходящие толщу земных пород частицы могут вызвать некоторый отклик калориметра. Такое срабатывание детектора не будет коррелировано по времени с моментом взаимодействия пучков БАК и по своим характеристикам будет похоже на опаздывающие струи. Для отбраковки такого фона установка CMS использует свои уникальные возможности по выделению мюонов. Например, на рисунке 1 показано событие, когда космический мюон пересекает детектор в момент взаимодействия пучков БАК.

После применения всех критериев отбора и подавления фонов, физики не обнаружили сигнальных событий в интересующей их части временного спектра для задержанных струй (см. рисунок 2). Проведя оценку фонов, ученые исключили некоторые точки пространства параметров НФ. Теперь физики-теоретики будут обязаны учитывать эти измерения и не допускать появления частиц с такими свойствами в своих теоретических построениях.

НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ внес существенный вклад в создание детектора CMS. Так, для мюонной системы, которая сыграла ключевую роль в новых измерениях, в Институте были изготовлены более тысячи больших мюонных камер, а также многоканальная система высоковольтного питания для них и мюонный триггер первого уровня. Сотрудники Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ участвуют в проведении эксперимента и в анализе полученных данных, а также в выполнении программы модернизации детектора CMS.