Compact Muon Solenoid à la recherche de nouvelles physiques

Une vue du détecteur CMS. Crédit : CERN

Alors que le Run 3 du Large Hadron Collider (LHC) approche à grands pas, les expériences LHC continuent de publier de nouveaux résultats basés sur les données des runs précédents. Bien qu’aucune nouvelle découverte ne soit annoncée, de petits écarts par rapport aux attentes apparaissent dans un petit nombre d’analyses. Au niveau actuel, ces écarts peuvent encore être attribués à des fluctuations aléatoires des données, mais ils indiquent des régions qui doivent être étudiées de près une fois le nouveau flux de collisions arrivé. Ci-dessous, quelques exemples publiés récemment par la collaboration compact muon solenoid (CMS).

En 2017, CMS a enregistré un événement de collision spectaculaire contenant quatre jets de particules dans leur état final. La masse invariante des quatre jets était de 8 TeV et les jets pouvaient être divisés en deux paires avec une masse invariante de 1,9 TeV chacune. Une telle configuration pourrait être produite si une nouvelle particule d’une masse de 8 TeV était créée dans la collision de faisceaux de protons, puis se désintégrait en une paire de – encore une fois, de nouvelles particules – avec des masses de 1,9 TeV. Dans une nouvelle analyse récemment publiée par CMS, une recherche de ces paires jumelles de jets avec des masses invariantes correspondantes est effectuée pour les données recueillies jusqu’à la fin de l’exploitation 2 du LHC. – masse des jets de 8,6 TeV et masse des 2 jets de 2,15 TeV. Ces deux événements sont clairement visibles dans le graphique ci-dessous, où les événements à 4 jets sont tracés en fonction de la masse à 2 et 4 jets.

Alors que presque tous les événements observés avec deux paires de jets sont produits par de fortes interactions entre les photons en collision, les événements avec des masses invariantes aussi élevées sont extrêmement improbables. La probabilité de voir deux événements à ces masses sans qu’aucun phénomène nouveau ne soit présent est de l’ordre de 1 sur 20 000, correspondant à une signification locale de 3,9σ. Bien que cela puisse sembler être un signal très fort au premier abord, étant donné que la zone de masses analysées est vaste, il est important de regarder également la signification globale, qui indique la probabilité d’observer un excès n’importe où dans la région analysée. . Pour les deux événements, la signification globale n’est que de 1,6σ.

CMS à l'affût de la nouvelle physique

Nombre d’événements observés (échelle de couleur), tracé en fonction de la masse à quatre jets et de la masse moyenne des deux cuisses. Les deux points en haut à droite correspondent aux deux événements intéressants. Crédit : CMS

Deux autres recherches de nouvelles particules lourdes rapportent de petits excès de données. Dans une recherche de résonances de masse élevée se désintégrant en une paire de bosons W (qui se désintègrent ensuite en leptons), l’écart le plus élevé correspond à une hypothèse de signal avec une masse de 650 GeV, avec une signification locale à 3,8σ et une signification globale à 2,6σ. Dans une recherche de particules lourdes se désintégrant en une paire de bosons (WW, WZ ou d’autres combinaisons, y compris également les bosons de Higgs) qui se désintègrent ensuite en paires de jets, les données divergent des attentes à deux endroits. L’hypothèse du signal est un boson W ‘avec une masse de 2,1 ou 2,9 TeV, se désintégrant en une paire WZ et la signification locale la plus élevée est de 3,6σ, avec une signification globale de 2,3σ.

Un autre nouveau résultat provient de recherches à la recherche de particules supplémentaires de boson de Higgs se désintégrant en paires tau. Pour une nouvelle particule avec une masse de 100 GeV, il y a un petit excès observé dans les données avec une signification locale de 3,1 σ et une signification globale de 2,7 σ. Fait intéressant, cela coïncide avec un excès similaire observé par CMS lors d’une précédente recherche de résonances de faible masse dans l’état final à deux photons. Un autre excès est visible dans la gamme des masses élevées, avec le plus grand écart par rapport à l’attente observé pour une masse de 1,2 TeV avec une signification locale (globale) de 2,8σ (2,4σ).

L’état final de la paire tau a également été utilisé pour rechercher de nouvelles particules hypothétiques appelées leptoquarks. Ceci est particulièrement intéressant puisque les leptoquarks pourraient potentiellement expliquer les anomalies de saveur qui ont été observées par l’expérience LHCb, donc si les anomalies sont effectivement une manifestation de certains nouveaux phénomènes, ce serait une façon de regarder indépendamment ces phénomènes sous un angle différent. . Aucun excès n’a été trouvé par CMS jusqu’à présent, mais l’analyse commence tout juste à être sensible à la gamme de paramètres leptoquark qui pourraient correspondre aux anomalies de saveur, donc plus de données sont nécessaires pour explorer pleinement l’hypothèse leptoquark.

La nouvelle période de collecte de données du LHC devrait commencer en juillet, à une énergie plus élevée et avec des détecteurs considérablement améliorés, promettant un nouveau flux de données pour la recherche de nouveaux phénomènes.


L’expérience ATLAS recherche les désintégrations rares du boson de Higgs en un photon et un boson Z


Plus d’information:
Plus de détails sur Courrier CERN : cerncourier.com/a/dijet-excess-intrigues-at-cms/

Citation: Compact Muon Solenoid on the lookout for new physics (2022, 20 juin) récupéré le 21 juin 2022 sur https://phys.org/news/2022-06-compact-muon-solenoid-lookout-physics.html

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