Detektor ATLAS wkrótce wykryje nowe cząstki elementarne?

Nowe cząstki elementarne? Naukowcy z CERN na coś trafili

Czy znamy wszystkie występujące w przyrodzie cząstki elementarne? Odpowiedź jest przecząca, ale fizycy z CERN, pracujący przy projekcie ATLAS, są na tropie nieznanych cząstek o długiej żywotności, które mogą pomóc rozwikłać kilka zagadek Wszechświata.

Zderzenia przeprowadzane w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) pozwalają naukowcom na dokładne poznanie ciężkich cząstek Modelu Standardowego, np. bozonu Higgsa, które natychmiast rozpadają się na inne obiekty. Tzw. cząstki długowieczne (LLP) mogą przebyć znaczne odległości przez detektora ATLAS, zanim ulegną rozpadowi. Teraz fizycy z CERN opracowali szereg nowych metod poszukiwania LLP o różnych charakterystykach.

Polowanie na neutrina

Neutrina są jedną z największych zagadek fizyki, a co więcej – do tej pory obserwowaliśmy je tylko jako lewoskrętne obiekty (ich spin i pęd są przeciwne). To dziwne, bo wszystkie inne cząstki można obserwować w stanach prawoskrętnych. Naukowcy nie wykluczają istnienia neutrin prawoskrętnych, ale trudniej je wytworzyć w przyrodzie, a więc i wykryć. Cząstki te są nazywane ciężkimi leptonami neutralnymi (HNL).

Czytaj też: Pierwsza taka detekcja w historii CERN. Nikt nie spodziewał się wykryć neutrin w Wielkim Zderzaczu Hadronów

Fizycy z eksperymentu ATLAS poszukiwali HNL pochodzących ze wspólnego punktu, znajdującego się w niewielkiej odległości od miejsca zderzenia w LHC. Naukowcy zrekonstruowali możliwą masę HNL i wyznaczyli jej limity w zakresie od 3 do 15 GeV.

Uczeni wykoncypowali, że gdyby HNL rozpadał się na kwarki w zewnętrznych warstwach, pozostawiłby za sobą strumienie cząstek zwane dżetami przesuniętymi. Nie miałyby one powiązanych trajektorii cząstek i byłyby bardzo wąskie w porównaniu z ich odpowiednikami z Modelu Standardowego.

Co jeżeli HNL rozpada się na leptony, a nie kwarki? W ten sposób prawdopodobnie zachowują się tzw. ciemne fotony, zostawiając w detektorze ślad leptonów, zwany dżetami leptonowymi. Naukowcy zastosowali techniki uczenia maszynowego, które pozwoliły dostrzec rozpady ciemnych fotonów na elektrony.

Czy to wszystko oznacza, że jesteśmy u progu odkrycia nowych cząstek elementarnych? Jest za wcześnie, by to stwierdzić, ale trzecie uruchomienie LHC (Run 3) obiecuje zupełnie nowe eksperymenty i innowacje.