I fisici del CERN cercano la produzione di fotoni oscuri nei decadimenti del bosone di Higgs:
I fisici della Collaborazione CMS presso il Large Hadron Collider (LHC) del CERN hanno presentato la loro prima ricerca di nuova fisica utilizzando i dati del Run 3 di LHC.
I fotoni oscuri sono ipotetiche particelle del settore oscuro a lunga vita, proposte come vettore di forza simile al fotone dell’elettromagnetismo. “A lunga vita” perché hanno una vita media di oltre un decimo di miliardesimo di secondo. Può sembrare un tempo incredibilmente breve, ma in termini di particelle prodotte nelle collisioni dell’LHC è in realtà molto lungo. Il bosone di Higgs, ad esempio, ha una vita dieci miliardi di volte inferiore!
In effetti, le particelle con tempi di vita superiori a un millesimo di miliardesimo di secondo sono già classificate come “a lunga vita“. Per quanto riguarda il rilevatore CMS, ciò significa che un fotone oscuro percorrerebbe una distanza misurabile prima di decadere, rendendolo potenzialmente rilevabile.
Esotici” perché non fanno parte del Modello Standard della fisica delle particelle, che è la teoria principale che guida la nostra comprensione dei blocchi fondamentali dell’Universo. Tuttavia, il Modello Standard non risponde a tutte le domande della fisica delle particelle, e quindi la ricerca di fenomeni “al di là del Modello Standard” continua. Il nuovo risultato di CMS definisce limiti più stringenti sui parametri del decadimento dei bosoni di Higgs in fotoni oscuri, restringendo ulteriormente l’area in cui i fisici possono cercarli.
In teoria, i fotoni oscuri dovrebbero percorrere una distanza misurabile nel rivelatore CMS prima di decadere in “muoni spostati”
Se gli scienziati dovessero ripercorrere le tracce di questi muoni, scoprirebbero che non arrivano fino al punto di collisione, perché le tracce provengono da una particella che si è già allontanata, senza lasciare traccia. Il Run 3 dell’LHC è iniziato nel luglio 2022 e ha una luminosità istantanea più elevata rispetto ai precedenti run dell’LHC, il che significa che in ogni momento si verificano più collisioni che i ricercatori possono analizzare.
L’LHC produce decine di milioni di collisioni al secondo, ma solo poche migliaia di esse possono essere memorizzate, poiché la registrazione di ogni collisione consumerebbe rapidamente tutta la memoria di dati disponibile. Per questo motivo CMS è dotato di un algoritmo di selezione dei dati in tempo reale, chiamato trigger, che decide se una determinata collisione è interessante o meno.
Pertanto, non è solo un volume maggiore di dati che potrebbe contribuire a rivelare l’evidenza del fotone oscuro, ma anche il modo in cui il sistema di trigger viene messo a punto per cercare fenomeni specifici.
“Abbiamo davvero migliorato la nostra capacità di innescare i muoni spostati”, ha dichiarato la dott.ssa Juliette Alimena, membro della Collaborazione CMS. “Questo ci permette di raccogliere molti più eventi rispetto al passato con muoni che sono spostati dal punto di collisione da poche centinaia di micrometri a diversi metri. Grazie a questi miglioramenti, se i fotoni oscuri esistono, CMS ha ora molte più probabilità di trovarli”.
I fisici di CMS continueranno a utilizzare le tecniche più potenti per analizzare tutti i dati raccolti nei restanti anni di attività del Run 3, con l’obiettivo di esplorare ulteriormente la fisica al di là del Modello Standard.
