Поиск экзотических явлений на LHC по-прежнему дает отрицательный результат

Ограничения сверху на сечение рассеяния частиц темной материи в зависимости от их массы. Красным и малиновым цветами показаны ограничения, установленные детектором CMS. Другими цветами показаны результаты некоторых экспериментов по прямому поиску темной материи. При массе частиц ниже 10 ГэВ чувствительность этих экспериментов резко падает, и они уже не могут составить конкуренцию коллайдерным результатам

Несмотря на длительную паузу в работе Большого адронного коллайдера, физики по-прежнему ведут всесторонний анализ данных, накопленных за первые три года работы. Специальные группы, созданные внутри каждой коллаборации, ищут в данных самые разнообразные отклонения от Стандартной модели, которые предсказывают те или иные модели Новой физики. Спектр этих моделей самый широкий. Проверке подвергаются даже самые экзотические из них, например теории, в которых гравитация становится сильной при энергиях LHC, теории с дополнительными пространственными измерениями и даже модели с такими необычными гипотетическими объектами, как нечастицы.

Такие модели проверять достаточно легко. Они обычно предсказывают, что в столкновениях протонов будут происходить очень необычные, легко заметные события, которые в Стандартной модели происходят редко или вообще невозможны. Поиск и ненаблюдение таких событий позволяет получать ограничения на параметры этих моделей. В первый год работы коллайдера, пока накопленная статистика оставалась очень скромной, физики первым делом искали в новых данных разнообразную экзотику. Результаты этой волны исследований появлялись в нашей ленте новостей; см. их сводку на страничке Поиск экзотических частиц: результаты. Затем, по мере роста объема данных, основной акцент сместился на изучение бозона Хиггса и поиск суперсимметрии, но некоторые группы продолжали и поиск экзотических явлений.

В появившейся на днях статье коллаборация CMS рассказывает о поиске экзотики в событиях с одной-единственной мощной адронной струей, которая создает сильный дисбаланс поперечного импульса. Изучалось три типа экзотических теорий: нечастицы, многомерные теории с сильной гравитацией и теории с массивными частицами темной материи. Во всех этих теориях в столкновениях протонов могут рождаться новые частицы, которые не регистрируются детектором и лишь создают сильную отдачу в точке рождения. Если эта отдача передается какому-то кварку, возникает адронная струя, которую детектор и регистрирует.

При анализе данных действительно было обнаружено некоторое количество событий, которые прошли все критерии отбора. Однако оказалось, что их количество согласуется с предсказаниями Стандартной модели. Таким образом, экзотики не обнаружено и в полной статистике, накопленной коллайдером, что позволило установить новые ограничения на параметры теорий.

Среди результатов отдельно стоит отметить ограничения на свойства легких частиц темной материи. Вообще говоря, сейчас ведется множество экспериментов по прямому поиску частиц темной материи, см. наш обзор этой темы. Однако большинство из них чувствительны только к частицам с массой как минимум несколько ГэВ (почему так получается, читайте в задаче Детектор частиц темной материи). Коллайдеры позволяют подойти к этой проблеме с другой стороны. На них частицы темной материи не улавливаются из космоса, а рождаются напрямую. Это позволяет изучить и ситуации с легкими частицами, в которых прямые поиски практически бессильны. По этой причине полученный результат LHC имеет важное значение и для астрофизических исследований.