对撞机寻找来自希格斯玻色子的暗光子!

科学家知道暗物质在那里,但不知道暗物质是由什么构成。这一认识来自于对宇宙的观察,它表明暗物质比普通物质多5到6倍。

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科学家知道暗物质在那里,但不知道暗物质是由什么构成。这大致概括了科学家对暗物质的认识。这一认识来自于对宇宙的观察,它表明暗物质比普通物质多5到6倍。一种观点是暗物质是由相互作用的暗粒子组成,它们通过一种叫做暗光子的介质粒子相互作用,暗光子的命名类似于普通光子作为带电粒子之间的介质。暗光子也会与粒子物理标准模型所描述的已知粒子(包括希格斯玻色子)发生微弱的相互作用。

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在墨西哥普埃布拉举行的大型强子对撞机物理(LHCP)会议上,CMS合作小组报告了他们对暗光子的新研究结果。这次合作使用了大型强子对撞机第二次运行时收集的大型质子-质子碰撞数据集,以寻找希格斯玻色子可能转化或“衰变”为光子和无质量暗光子的实例。着重研究了玻色子和Z玻色子一起产生的情况,Z玻色子本身会衰变为电子或它们的较重的表亲介子。这种情况预计极其罕见,要找到它们,需要推断出潜在暗光子的存在

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  • (博科园-图示)对撞机质子-质子碰撞事件,特征是一个介子-反介子对(红色),一个光子(绿色)和巨大的横向动量丢失。图片:CERN

而粒子探测器是看不到的。为此,研究人员将检测到的粒子在横向方向上的动量(即与质子对撞光束成直角)相加,然后找出所有缺失的动量,以使总动量为零,这种缺失的横向动量表明有一种未被探测到的粒子。但要区分可能存在的暗光子和已知粒子还有一个步骤。这需要估计衰变为探测到的光子和未探测到粒子的质量。如果丢失的横向动量是由希格斯玻色子衰变产生的暗光子携带

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那么这个质量应该与希格斯玻色子质量相对应。CMS的合作研究采用了这种方法,但没有发现暗光子的信号。然而,这次研究为信号被发现的可能性设定了上限。另一个零结果吗?是的,但是像这样的结果以及在普埃布拉会议上发表关于超对称性的阿特拉斯结果,虽然没有发现新的粒子或者排除它们的存在,但是对于指导未来的研究工作,无论是实验的还是理论,都是非常需要的。

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博科园|研究/来自:欧洲核子研究中心(CERN)/Ana Lopes/Accelerating science

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