CERN的CMS合作展示了对暗光子的最新搜索

CMS实验首次使用大型强子对撞机第三次运行的数据来探索新物理。这项新研究着眼于探测器中希格斯玻色子衰变中产生“暗光子”的可能性。

暗光子是奇特的长寿命粒子：“长寿命”是因为它们的平均寿命超过十亿分之一秒——就大型强子对撞机中产生的粒子而言，这是一个非常长的寿命——而“奇特”是因为它们它们不是粒子物理学标准模型的一部分。

标准模型是宇宙基本构件的主导理论，但许多物理问题仍未得到解答，因此对标准模型之外的现象的探索仍在继续。CMS的新结果对希格斯玻色子衰变为暗光子的参数定义了更严格的限制，进一步缩小了物理学家可以搜索它们的范围。

理论上，暗光子在衰变成“位移μ子”之前会在CMS探测器中行进可测量的距离。如果科学家们要追溯这些μ子的轨迹，他们会发现它们并没有一路到达碰撞点，因为这些轨迹来自一个已经移动了一段距离的粒子，没有任何痕迹。

LHC的第三次运行于2022年7月开始，比之前​​的LHC运行具有更高的瞬时光度，这意味着在任何时刻都会发生更多的碰撞，供研究人员分析。大型强子对撞机每秒产生数千万次碰撞，但只能存储其中几千次，因为记录每次碰撞将很快耗尽所有可用的数据存储。

这就是为什么CMS配备了称为触发器的实时数据选择算法，该算法决定给定的碰撞是否有趣。因此，不仅需要更多的数据来帮助揭示暗光子的证据，而且还需要微调触发系统来寻找特定现象。

“我们确实提高了触发位移μ子的能力，”CMS实验的朱丽叶特·阿利梅纳(JulietteAlimena)说道。“这使我们能够收集到比以前更多的μ子事件，这些μ子从碰撞点移动了几百微米到几米的距离。由于这些改进，如果存在暗光子，CMS现在更有可能找到它们”。

CMS触发系统对于此次搜索至关重要，并且在运行2和运行3之间进行了特别改进，以搜索奇异的长寿命粒子。因此，此次合作能够更有效地使用大型强子对撞机，仅使用先前搜索数据量的三分之一就获得了强有力的结果。

为此，CMS团队通过添加一种称为非指向μ子算法的新算法来完善触发系统。这一改进意味着，即使2022年第3轮数据集只有四到五个月的数据，也比规模大得多的2016-2018年第2轮数据集记录了更多的位移μ子事件。触发器的新覆盖范围极大地增加了所拾取的μ子的动量范围，使团队能够探索可能隐藏长寿命粒子的新区域。

CMS团队将继续使用最强大的技术来分析Run3操作剩余几年中获取的所有数据，目的是进一步探索标准模型之外的物理现象。