تتبع صيد الجسيمات بواسطة مصادم الهادرونات الكبير

يبحث هذا البحث عن الجسيمات الغريبة طويلة العمر في إمكانية وجود “المادة المظلمة”. الفوتون“الإنتاج، الذي يحدث عندما يتحلل بوزون هيغز إلى ميونات نازحة في الكاشف.

قدمت تجربة CMS أول بحث لها عن فيزياء جديدة باستخدام بيانات من التشغيل 3 لمصادم الهادرونات الكبير. تبحث الدراسة الجديدة في إمكانية إنتاج “الفوتون المظلم” في اضمحلال بوزونات هيغز في الكاشف. الفوتونات المظلمة هي جسيمات غريبة طويلة العمر: “طويلة العمر” لأن متوسط ​​عمرها يزيد عن عُشر مليار من الثانية – وهو أطول عمر من حيث الجسيمات المنتجة في LHC – و”غريبة” لأن فهي ليست جزءًا من النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات.

النموذج القياسي هو النظرية الرائدة في اللبنات الأساسية للكون، ولكن تظل العديد من الأسئلة الفيزيائية دون إجابة، لذلك يستمر البحث عن ظواهر خارج النموذج القياسي. تحدد النتيجة الجديدة من CMS حدودًا صارمة للغاية على معاملات بوزونات هيغز لتتحلل إلى فوتونات داكنة، مما يزيد من تضييق المنطقة التي يمكن للفيزيائيين البحث عنها.

نظرية الفوتون الداكن واكتشاف الجسيمات

من الناحية النظرية، يمكن للفوتونات المظلمة أن تنتقل مسافة قابلة للقياس في كاشف CMS قبل أن تتحلل إلى “ميونات نازحة”. وإذا قام العلماء بتتبع مسارات هذه الميونات، فسوف يجدون أنها لم تصل إلى نقطة الاصطدام.

يبدأ التشغيل الثالث لمصادم LHC في يوليو 2022 ويتمتع بإضاءة لحظية أكثر من عمليات التشغيل السابقة لمصادم LHC، مما يعني حدوث المزيد من الاصطدامات في أي لحظة ليقوم الباحثون بتحليلها. يُنتج المصادم LHC عشرات الآلاف من التصادمات في كل ثانية، لكنه لا يمكنه تخزين سوى بضعة آلاف منها، لأن تسجيل كل تصادم يستهلك بسرعة كل مساحة تخزين البيانات المتاحة. ولهذا السبب تم تجهيز نظام إدارة المحتوى (CMS) بخوارزمية اختيار البيانات في الوقت الفعلي تسمى المشغل، والتي تحدد ما إذا كان الاصطدام معينًا مثيرًا للاهتمام أم لا. لذلك، ليست الكمية الكبيرة من البيانات فقط هي التي تساعد في الكشف عن مصادر الفوتون المظلم، ولكن أيضًا تم ضبط نظام التشغيل بدقة للبحث عن أحداث محددة.

التقدم في إعداد التحفيز وجمع البيانات

تقول جولييت أليمينا من تجربة CMS: “لقد قمنا بالفعل بتحسين القدرة على تحفيز الميونات المُزاحة. وهذا يسمح لنا بجمع أحداث أكثر من ذي قبل مع الميونات المُزاحة على مسافات تتراوح من بضع مئات من الميكرومترات إلى عدة أمتار من مكان الاصطدام”. نقطة. وبفضل هذه التحسينات، أصبح من المرجح الآن أن يكتشف CMS الفوتونات المظلمة إذا كانت موجودة.

يعد نظام الإثارة CMS أمرًا بالغ الأهمية لهذا البحث، وقد تم تنقيحه خصيصًا بين التشغيلين 2 و3 للبحث عن جزيئات جذابة طويلة العمر. ونتيجة لذلك، تمكن التعاون من استخدام مصادم الهادرون الكبير بكفاءة أكبر، وذلك باستخدام ثلث حجم عمليات البحث السابقة للحصول على نتيجة قوية. للقيام بذلك، قام فريق CMS بتحسين نظام التشغيل عن طريق إضافة آلية جديدة. يوضح هذا التحسن أنه حتى مع وجود بيانات من أربعة إلى خمسة أشهر من التشغيل 3 في عام 2022، تم تسجيل عدد أكبر من أحداث الميونات المهاجرة مقارنةً بمجموعة بيانات التشغيل 2 الأكبر بكثير في الفترة 2016-2018. إن التغطية الجديدة للإثارة تزيد بشكل كبير من حدود سرعة الميونات الملتقطة، مما يسمح للفريق باستكشاف مناطق جديدة قد تختبئ فيها الجسيمات طويلة الأمد.

الخطط المستقبلية ومتابعة الدراسة

بهدف مواصلة استكشاف الفيزياء بما يتجاوز النموذج القياسي، سيستخدم فريق CMS تقنيات أكثر قوة لتحليل جميع البيانات المأخوذة خلال السنوات المتبقية من عمليات التشغيل 3.