阿特拉斯探测器记录的一次碰撞事件的能量为13.5TEV,其中有两个候选的置换电子,每一个都用一个轨道(蓝线)表示,指向阿特拉斯热量计(绿色)中的能量储存。这幅图显示了探测器的轴向图,显示了从相互作用点(红色圆周)被几个mm移动的电子轨迹。(图:阿特拉斯/欧洲核研究中心) (图:阿特拉斯/欧洲核研究中心)

尽管它在描述物质的基本组成部分及其相互作用方面取得了巨大的成功, 标准模型 粒子物理被认为是不完整的。因此,全球和空间的实验正在寻找新物理现象的迹象,这些现象将引导物理学家走向更全面的理论。

一年两次 伊切普 本周早些时候在布拉格举行的会议, 地图集 协作公司首次提出了在创纪录的碰撞能量上寻找新物理学的结果,其目标是重离子碰撞产生的磁单极和质子-质子碰撞产生的长寿粒子。

磁极体是假设的粒子,仅有一个北极或南极,使它们具有磁电荷。它们的存在将证明电和磁之间的完全对称。它还将确认"大统一理论"的某些方面,超越了标准模型,即在非常高的能量下统一强、弱和电磁力。

研究人员在 大型强子对撞机 (LHC)正在寻找高能碰撞中产生的垄断。单极体将高度电离,这意味着它们将从原子中剥离出电子,并在粒子探测器中留下大量的能量储存。

在一个 新的磁极搜寻 "Atlas协作"分析了其第一个重离子(铅铅)碰撞数据,该数据是在2023年秋季收集的,以每对中子(质子或中子)5.36亿伏特高能量收集的。具体而言,阿特拉斯研究人员研究了超周边碰撞,在这种碰撞中,离子不会通过短距离的强相互作用集中碰撞,而是通过足够近的距离通过较弱但长距离的电磁力相互作用。铅离子之间的碰撞可以产生宇宙中最大的磁场,强度高达1016特斯拉。

如果一对磁体 在这种相互作用中产生的 ,它将是在另一个空的探测器中发现的唯一粒子系统,它将表现为集中的离子化电子云。在寻找唯一的信号特征并分析可以模仿它们的背景之后,阿特拉斯在其运行的3个重离子数据中没有发现垄断的迹象。

结果表明,该方法对超周边重离子碰撞产生的单极质量质量在120GV以下的单极的生产率设定了世界最佳的限制。此外,本分析还介绍了一种研究大型强子对撞机及其以外重离子数据中高度电离粒子的方法。

大多数寻找新的物理学的人都在寻找新的粒子,这些粒子会"迅速"衰变,并产生衰变产物,这些衰变产物来自于LHC的质子-质子相互作用点。然而,超越标准的物理学理论,包括超对称性,也预测了"寿命长的粒子",这些粒子将产生远离相互作用点的衰变产物。这种微粒需要专门的技术来重建微粒轨迹,而且可能在先前的搜索中没有被发现。

地图集 释放 对一对长寿粒子的新搜索结果,每个粒子都衰变成电子、介子或头轻子,结果产生了两个粒子轨道,从阿特拉斯相互作用点(见上图)"置换"--这是一个罕见的特征,可能是新物理学的标志。特别是,阿特拉斯寻找了一个新的签名,其中一个寿命较长的粒子在衰变之前能跑得足够远,所以只能探测到一个电子。

这是第一次使用大型强子对撞机(LHC)运行3的13.5TEV质子-质子碰撞数据进行的这类Atlas搜索。在筹备运行3的过程中,阿特拉斯研究人员加强了在线碰撞事件选择--"触发器"--重建了移动轨道,这使得目前能够搜索新的长寿粒子。

所有搜索区域的活动收益与标准-模型期望相符。这些结果对长寿命的超对称电子、穆子和头轻子的伙伴设置了最严格的限制。

有了来自大型强子对撞机及其未来升级的更多数据, 高发光度 阿特拉斯物理学家将继续寻找长寿粒子、磁单极粒子和其他假设粒子,同时进一步完善他们的搜索技术和开发新的实验策略。