Поиск экзотических частиц: многозарядные частицы

Некоторые теории физики частиц вне Стандартной Модели предсказывают долгоживущие объекты, характеризующиеся аномально высокими потерями энергии на ионизацию. К таким объектам относятся медленные тяжёлые частицы (как, например, sTop кварки), монополи Дирака и частицы с зарядом >1е, которые часто называют Q-balls. Последние с зарядами от 2 до 6 элементарных зарядов представляют собой особый интерес с точки зрения объяснения происхождения скрытой массы во Вселенной.

Сотрудниками МИФИ была предложена гипотеза, согласно которой скрытая масса Вселенной может состоять из "молекул", образованных тяжёлой стабильной дважды заряженной частицей и ядром гелия. Такие частицы возникают, например, в модели Почти Коммутативной Геометрии (Almost Commutative Geometry), а также в некоторых реализациях модели гетеротической суперструны и модели минимального “бегущего” техницвета (Minimal Walking Technicolour Model).

Поиски таких частиц проводились на нескольких ускорительных экспериментах на LEP и Tevatron, и в настоящее время ведутся в экспериментах ATLAS и CMS на БАК.

Группа МИФИ в сотрудничестве с University of Victoria (Виктория, Канада), Universität Bonn (Бонн, Германия) и CERN (Женева, Швейцария) ведёт интенсивный поиск этих частиц.

Группой МИФИ была разработана методика поиска таких частиц в эксперименте ATLAS. На основании этих разработок было получено ограничение на массу таких частиц по данным 2011 года (энергия в системе центра масс 7 ТэВ).

Рис 1. Плоскость значимостей потерь энергии на ионизацию в TRT и MDT для случая поиска частиц с зарядами 2е. Показаны распределения мюонов из данных 2011 года (серым) и сигнальных частиц (здесь с массой 200 ГэВ; красным). Области, обозначенные как A,B и C, используются для оценки ожидаемого фона из данных в сигнальной области D

Рис 2. Наблюдаемые верхние (пунктиром) на уровне значимости 95% и теоретические (сплошной линией) пределы на сечение рождения как функция массы многозарядных частиц

В настоящее время осуществляется анализ данных 2012 года (энергия 8 ТэВ в системе центре масс), в котором были увеличены статистика (приблизительно в 5 раз) и эффективность регистрации такого рода частиц за счёт апертуры детектора.

Выпущенные по теме статьи:

1. ATLAS Collaboration; «Search for long-lived, multi-charged particles in pp collisions at √s = 7 TeV using the ATLAS detector», Phys. Lett. B 722 (2013) 305-323

Контактное лицо:

Смирнов Юрий Сергеевич