W toku swoich prac naukowcy analizowali możliwość powstawania tzw. ciemnych fotonów. Cząstki te, które jak na razie są jedynie teoretyczne, miałyby powstawać w wyniku rozpadu bozonu Higgsa w detektorze. O tym, jak trudne są takie poszukiwania, doskonale świadczy fakt, że tę konkretną egzotyczną cząstkę nazywa się długowieczną. W świecie fizyki cząstek elementarnych długowieczność oznacza istnienie dłużej niż przez jedną dziesiątą część miliardowej części sekundy. Słowo “egzotyczna” też ma tutaj swoje konkretne znaczenie. Cząstka egzotyczna to po prostu cząstka nieuwzględniona w standardowym modelu fizyki cząstek elementarnych.
Warto tutaj pamiętać o tym, że jak na razie model standardowy jest podstawową i powszechnie przyjmowaną teorią zawierającą wszystkie zidentyfikowane cząstki elementarne tworzące otaczający nas wszechświat oraz wszystkie interakcje zachodzące między nimi. Nie zmienia to jednak faktu, że Model standardowy wciąż ma wiele luk i nie odpowiada na wiele pytań o naturę rzeczywistości. Z tego też powodu od lat trwają wysiłki mające na celu poszukiwanie dodatkowych elementów rzeczywistości, które mogłyby wypełnić szczeliny modelu i całościowo opisać wszechświat.
Czytaj także: Wiemy, na co rozpada się bozon Higgsa. Fizycy właśnie tego się spodziewali
W ramach eksperymentu CMS naukowcy szukających nowych informacji przyglądali się w szczególności procesowi rozpadu bozonu Higgsa. Precyzyjne ustalenie wszystkich parametrów tego procesu pozwala bowiem na ustalenie granic parametrów tzw. ciemnych fotonów, które miałyby powstawać w rozpadzie bozonu Higgsa. To niezwykle istotne osiągnięcie, bowiem im węższy obszar poszukiwań, tym bardziej naukowcy mogą skupić się na poszukiwaniach cząstek, których jak dotąd nie udało się uchwycić.
Naukowcy wskazują, że w przypadku powstania ciemnych fotonów w procesie rozpadu bozonu Higgsa, takie fotony powinny być w stanie przebyć mierzalną odległość w detektorze, zanim rozpadłyby się na tzw. przesunięte miony. Jak ich zatem szukać? Naukowcy wskazują, że trzeba prześledzić wstecznie uważnie ślady, którymi poruszają się wykrywane miony. Jeżeli nie da się ich prześledzić aż do punktu zderzenia, w którym rozpadł się bozon Higgsa, oznaczałoby to, że ich źródłem jest inna cząstka, która powstała w tym rozpadzie. Taką cząstką miałby być właśnie niepozostawiający po sobie żadnych śladów ciemny foton.
Czytaj także: Wielki Zderzacz Hadronów wraca po trzech latach i już bije pierwszy rekord
Szanse na nowe odkrycie podczas trzeciej serii eksperymentów w Wielkim Zderzaczu Hadronów była tym razem większa, bowiem po raz pierwszy mamy do czynienia ze znacznie wyższą chwilową jasnością. To z kolei oznacza, że badacze podczas każdego zderzenia są w stanie zebrać znacznie więcej informacji o jego skutkach. W trakcie eksperymentu dochodzi do kilkudziesięciu milionów zderzeń na sekundę. Zapisać jednak można tylko kilka tysięcy z nich, bowiem zapisanie większej ich liczby natychmiast wypełniłaby całą pamięć przeznaczoną na dane pomiarowe. Z tego zresztą powodu eksperyment CMS wyposażony jest w specjalny algorytm, który w czasie rzeczywistym decyduje o tym, które zderzenie warto zapisać do późniejszej analizy, a które pominąć. Wykorzystanie takiego algorytmu zwiększa szansę na odkrycie dowodów na istnienie ciemnych fotonów.
Po raz pierwszy naukowcy mają zatem właściwe narzędzia do odkrywania ciemnych fotonów. Długotrwałe prace umożliwiły poprawę zdolności wyzwalania przesuniętych mionów. CMS jest w stanie zidentyfikować miony przesunięte o odległość od kilkuset mikrometrów do kilku metrów od miejsca zderzenia. W ciągu zaledwie czterech miesięcy pracy LHC w 2022 roku wykryto więcej zdarzeń związanych z przesuniętymi mionami, niż we wszystkich eksperymentach prowadzonych w latach 2016-2018. Prace wciąż trwają, akcelerator LHC działa, eksperyment CMS nadal wykrywa kolejne zdarzenia z przesuniętymi mionami. Kto wie, być może jeszcze w trzeciej rundzie eksperymentów prowadzonych w akceleratorze cząstek uda się w końcu dostrzec ciemne fotony i wzruszyć posady znanej fizyki.
