Büyük Hadron Çarpıştırıcısının CMS Muon Sisteminde Steril Nötrinoları Aramak

Büyük Hadron Çarpıştırıcısının CMS Muon Sisteminde Steril Nötrinoları Aramak
Büyük Hadron Çarpıştırıcısının CMS Muon Sisteminde Steril Nötrinoları Aramak
GEMS Muon Detectors Installation in Cavern

CMS deneyinin müon sistemi. Son zamanlarda yapılan bir çalışma, parçacık fiziğindeki önemli soruları yanıtlayabilecek varsayımsal parçacıklar olan ağır nötr leptonlar (HNL’ler) arayışını ilerletti. Geleneksel LHC deneyleri hızla bozunan parçacıklara odaklanırken, bu çalışma uzun ömürlü HNL’leri tespit etmek için yenilikçi yöntemler gerektiriyordu. Kredi: CERN

CMS, uzun ömürlü nötr parçacık aramalarının sonuçlarını sunar.

CERN’in Büyük Hadron Çarpıştırıcısındaki CMS işbirliği, yakın zamanda yeni sonuçlar sundu. uzun ömürlü ağır nötr leptonları (HNL’ler) arar. “Steril nötrinolar” olarak da bilinen HNL’ler, parçacık fiziğindeki üç büyük bulmacayı çözebilen ilginç varsayımsal parçacıklardır: nötrino kütlelerinin küçüklüğünü sözde “tahterevalli” mekanizmasıyla açıklayabilirler, Evrenin madde-antimadde asimetrisi ve aynı zamanda karanlık madde için bir aday sağlayabilirler.

Bununla birlikte, bilinen parçacıklarla çok zayıf etkileşime girdikleri için HNL’leri tespit etmek çok zordur. Mevcut analiz, araştırmacıların, dedektörlerin özellikle ölçmek üzere tasarlanmamış olduğu parçacıkları algılamak için giderek daha yaratıcı yöntemler kullanmak zorunda kalmalarının bir örneğidir.

LHC’de Parçacık Bozunmasını İnceleme

İncelenen parçacıkların çoğu büyük LHC deneylerinde ortak bir nokta vardır: kararsızdırlar ve üretildikten hemen sonra bozulurlar. Bu bozunmaların ürünleri genellikle elektronlar, müonlar, fotonlar ve hadronlardır – büyük parçacık detektörlerinin gözlemlemek ve ölçmek için tasarlandığı iyi bilinen parçacıklar. Orijinal kısa ömürlü parçacıkların çalışmaları, gözlemlenen bozunma ürünlerinin dikkatli analizine dayalı olarak gerçekleştirilir. Higgs bozonunun foton çiftlerine ve dört leptona bozunmasından üst kuark araştırmalarına ve yeni egzotik hadronların keşfedilmesine kadar, amiral gemisi LHC sonuçlarının çoğu bu şekilde elde edildi.

HNL Analizine Farklı Bir Yaklaşım

Bu analizde incelenen HNL’ler farklı bir yaklaşım gerektirir. Dedektörde bir yerde bozulmadan önce metrelerce fark edilmeden uçmalarına izin veren nispeten uzun ömürlü nötr parçacıklardır. Burada sunulan analiz, bir proton-proton çarpışmasında bir W bozonunun bozunumundan sonra bir HNL’nin ortaya çıkacağı ve CMS detektörünün müon sisteminde bir yerde kendisinin bozunacağı durumlara odaklanmaktadır.

Müon Sisteminin Rolü

Müon sistemi, CMS’nin en dış kısmını oluşturur ve – adından da anlaşılacağı gibi – müonları tespit etmek için tasarlanmıştır. LHC proton-proton çarpışmalarında üretilen müonlar, tüm detektörü geçerek iç izleme sisteminde bir iz ve ardından müon sisteminde bir iz bırakır. Bu iki izi tam müon izinde birleştirmek, fizikçilerin müonları tanımlamasına ve özelliklerini ölçmesine olanak tanır.

HNL aramasında, bir müonun yerini, bozunana kadar hiçbir iz bırakmayan, zayıf etkileşimli ağır bir parçacık alır. Müon sisteminde bozunursa, müon dedektörlerinde açıkça görülebilen bir parçacık sağanağı üretebilir. Ancak – bir müonun aksine – iç izleme detektöründe hiçbir iz bırakmaz ve müon sisteminde başka hiçbir aktivite bırakmaz. Bu analiz, müon dedektörlerinde “hiçbir yerde olmayan” iz kümelerinin aranmasına dayanır.

Analiz Prosedürü ve Sonuçları

Analiz, yeniden yapılandırılmış bir elektron veya W bozonunun bozunmasından müon ve müon sistemindeki izole bir iz kümesi. Ardından analiz, standart süreçlerin HNL sinyalini taklit edebildiği durumların kaldırılmasını gerektirdi. Tam analizden sonra, beklentinin üzerinde bir sinyal fazlalığı gözlenmedi. Sonuç olarak, bir dizi olası HNL parametresi hariç tutularak, 2-3 GeV kütleli HNL’ler için bugüne kadarki en sıkı sınırlar belirlendi.

Daha fazla bilgiyi buradan CMS yayınından edinebilirsiniz.