Dedektörde yer değiştiren müonlara bozunan bir Higgs bozonundan kaynaklanabilecek “karanlık foton” üretimi olasılığı, bu olağandışı uzun ömürlü parçacık avında inceleniyor.
Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nın 3. Çalışmasından elde edilen verileri kullanan CMS deneyi, yeni fizik için ilk araştırmasını sundu. Yeni çalışma, dedektörün Higgs bozonlarının bozunumu sırasında “karanlık fotonlar” üretme olasılığını inceliyor.
Ekstra Bilgi Paylaşalım:
Kompakt Müon Solenoidi (CMS), Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda (LHC) bulunan genel amaçlı bir dedektördür. Standart Model’i (Higgs bozonu dahil) incelemekten karanlık maddeyi oluşturabilecek ekstra boyutları ve parçacıkları aramaya kadar uzanan geniş bir fizik programına sahiptir. ATLAS deneyi ile aynı bilimsel hedeflere sahip olmasına rağmen, farklı teknik çözümler ve farklı bir mıknatıs sistemi tasarımı kullanmaktadır.
CMS dedektörü devasa bir solenoid mıknatıs etrafında inşa edilmiştir. Bu, Dünya’nın manyetik alanının yaklaşık 100.000 katı olan 4 tesla’lık bir alan üreten silindirik bir süper iletken kablo bobini şeklindedir. Alan, dedektörün 14.000 tonluk ağırlığının büyük kısmını oluşturan çelik bir “boyunduruk” tarafından sınırlandırılmıştır.
Yazımıza tekrardan devam edersek;
Karanlık fotonlar uzun ömürlü egzotik parçacıklardır. Parçacık fiziğinin Standart Modeline meydan okudukları ve LHC’de yaratılan parçacıklar için son derece uzun olan saniyenin milyarda birinin onda birinden fazla ortalama ömre sahip oldukları için olağandışı kabul edilirler. Standart Model, evrenin temel bileşenleri için en kapsamlı açıklamayı sağlamaktadır, ancak hala çözülmemiş birçok fizik sorunu vardır. Bu nedenle Standart Model’e meydan okuyan olaylarla ilgili araştırmalar devam etmektedir. CMS’den elde edilen en son sonuç, Higgs bozonları için olası bozunma değerleri aralığını karanlık fotonlarla önemli ölçüde sınırlandırıyor, dolayısıyla bilim insanları arasında bu parçacıklar için arama alanını sınırlandırıyor.
Teorik olarak, CMS dedektöründeki karanlık fotonlar “yer değiştirmiş müonlara” bozunmadan önce belirli bir mesafe kat edecektir. Bu müonların izlerini takip eden bilim insanları, izlerin temas yerine kadar uzanmadığını keşfedeceklerdir, çünkü izler çoktan geçmiş bir parçacıktan kaynaklanmakta ve geride hiçbir iz bırakmamaktadır.
Daha önceki LHC çalışmalarından daha yüksek bir anlık parlaklığa sahip olan LHC’nin 3. Çalışması Temmuz 2022’de başladı ve araştırmacıların analiz etmesi için herhangi bir zamanda meydana gelen daha fazla çarpışma sunuyor. LHC’de her saniye on milyonlarca çarpışma meydana geliyor, ancak bunların sadece küçük bir kısmı kaydedilebiliyor, çünkü bunu yapmak kısa sürede tüm veri depolama alanını dolduracaktır.
Bu nedenle CMS, herhangi bir çarpışmanın ilgi düzeyini belirleyen tetikleyici olarak bilinen yerleşik bir gerçek zamanlı veri seçim sistemine sahiptir. Böylece, karanlık fotonun kanıtı sadece daha büyük veri setleriyle değil, aynı zamanda tetikleme sisteminin belirli davranışları aramak için yapılandırılma şekliyle de bulunabilir.
CMS deney üyesi Juliette Alimena, “Yer değiştirmiş müonları tetikleme becerimizde önemli ilerleme kaydettik” diyor. Çarpışma noktasından birkaç yüz mikrometre ile birkaç metre arasında değişen mesafelerde yer değiştiren müonlar sayesinde, daha önce yakalayabildiğimizden çok daha fazla sayıda olayı yakalayabiliyoruz. Bu iyileştirmeler CMS’nin karanlık fotonları keşfetme olasılığını önemli ölçüde artırıyor.
Bu arama, alışılmadık uzun ömürlü parçacıkları aramak için 2. ve 3. Çalışmalar arasında özel olarak optimize edilen CMS tetikleme sistemine büyük ölçüde güvenmiştir.
Sonuç olarak, ekip LHC’yi daha iyi kullanabildi ve daha önceki aramalara kıyasla verilerin üçte biri ile güçlü bir bulgu üretti. CMS ekibi bunu yapabilmek için noktasal olmayan müon algoritması olarak bilinen yeni bir algoritma kullanarak tetikleme sistemini geliştirdi. Bu iyileştirme, 2022’deki Run 3’ten sadece dört ila beş aylık verilerle bile, çok daha büyük 2016-18 Run 2 veri setinden daha fazla yer değiştirmiş müon oluşumunun gözlemlendiği anlamına geliyordu.
Ekip, tetikleyicilerin ek kapsama alanıyla toplanan müonların momentum aralıklarındaki önemli artış nedeniyle uzun ömürlü parçacıkların gizlenebileceği yeni yerleri araştırabiliyor.
Standart Model dışındaki fiziği daha fazla keşfetmek için CMS ekibi, Run 3 operasyonlarının kalan yıllarında toplanan tüm verileri en güçlü yaklaşımları kullanarak analiz etmeye devam edecektir.
