Поиск экзотических частиц: результаты

Текущая ситуация

Поиск экзотических частиц на LHC включает в себя множество отдельных задач. Под «экзотическими» обычно понимают неоткрытые еще частицы (за исключением частиц Стандартной модели и суперсимметричных частиц, считающихся «стандартом» Новой физики), которые появляются в разнообразных теориях за пределами Стандартной модели. Свойства этих экзотических частиц могут быть самые разные, и поэтому экспериментаторы ищут их, стараясь не привязываться к конкретным теоретическим моделям.

Тем не менее эти частицы удобно группировать так:

новые тяжелые лептоны или кварки (l', q') либо новые бозоны (W', Z'), свойства которых очень похожи на свойства обычных лептонов, кварков или бозонов;
возбужденные состояния известных фундаментальных частиц в моделях, где они считаются не точечными, а обладающими структурой;
резонансы — новые метастабильные частицы, легко возникающие при столкновении обычных частиц и легко распадающиеся на них (например, лептокварки, топ–антитоп-резонансы и т. д.);
новые контактные взаимодействия обычных частиц, проявляющиеся только при высоких энергиях столкновений;
проявления неожиданно сильной гравитации: тяжелые аналоги гравитона, микроскопические черные дыры и т. д.

По состоянию на июнь 2013 года ситуация с их поиском такова:

После обработки статистики вплоть до 20 fb^–1 никаких убедительных указаний на существование экзотических частиц ни одного из перечисленных типов не выявлено.

Ограничения на массы гипотетических частиц существенно зависят и от предположений об их взаимодействии. Характерные ограничения, полученные ATLAS и CMS, находятся в следующих диапазонах:

возбужденные электроны или мюоны: m > 1,75–2,2 ТэВ;
возбужденные кварки: m > 0,9–3,8 ТэВ;
лептокварки: m > 400–800 ГэВ;
тяжелые бозоны Z': m > 1,4–2,9 ТэВ;
тяжелые бозоны W': m > 0,4–3,3 ТэВ;
тяжелые резонансы: m > 0,8–1,8 ТэВ
тяжелые аналоги гравитона: m > 0,8–4,7 ТэВ;
новые контактные взаимодействия: энергетический масштаб > 2,5–13,9 ТэВ;
микроскопические черные дыры: m > 4–5 ТэВ.

Ниже в графическом виде приведена сводка этих ограничений для многочисленных вариантов теорий экзотических частиц. Каждая колонка на гистограмме показывает, частицы вплоть до какой массы исключены в данной модели.

Результаты CMS (март 2013 года; источник):