الخفاء في مصيدة الضوء سريع
في مصادم الهادرونات الكبير، تصطدم البروتونات بسرعة تقارب سرعة الضوء. أحيانًا لا تتحطم، بل تتبادل فوتونات — جسيمات الضوء. هذه الفوتونات يمكن أن تولد زوجًا: جسيمًا يراه الكاشف، وآخر يطير دون أن يُلاحظ. هذه العملية تشبه لعبة البلياردو، حيث بعد الضربة تبقى كرة على الطاولة وتختفي الأخرى في الجيب دون أن تترك أثرًا.
استخدم العلماء من تعاون ATLAS كواشف خاصة تلتقط البروتونات التي ارتدت بعد التصادم. من طاقة هذه البروتونات استعادوا الطاقة الكلية للزوج المولود من الفوتونات. ثم طرحوا طاقة الجسيم المرئي وحصلوا على «الكتلة المفقودة» — كتلة الجسيم غير المرئي. هذا مثل وزن صندوق به هدية دون فتحه: أولاً وزن الصندوق كاملاً، ثم طرح وزن الصندوق نفسه.
في نطاق الكتل من 100 إلى 900 غيغا إلكترون فولت (تقريبًا من 100 إلى 900 كتلة بروتون)، لم ير الفيزيائيون زيادة ملحوظة عن توقعات النموذج القياسي. هذا يعني أن الجسيمات الجديدة، إذا كانت موجودة، تولد بمعدل أقل مما يمكن ملاحظته في هذه البيانات. تم وضع حدود عليا على تكرار هذه العمليات — من 128 إلى 2.5 فيمتوبارن اعتمادًا على النموذج.
هذه الطريقة تشبه الاستماع إلى الصمت في غرفة كان متوقعًا فيها ضجيج. إذا كان الصمت نقيًا جدًا، يمكننا أن نقول مدى ارتفاع الصوت الذي لم نسمعه. الآن يعرف الفيزيائيون أنه في هذا النطاق من الكتل، الجسيمات غير المرئية لا تولد كثيرًا، وهذا يضيق مجال البحث المستقبلي.
الملخص الأصلي
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2603.20837
A search is conducted in proton-proton collisions at the Large Hadron Collider for photon-induced production $$pp\rightarrow pp+ \gamma \gamma, (\gamma\gamma\rightarrow VX)$$ of a visible particle $$V$$ decaying into a pair of same-flavour charged leptons ($$e^+e^-$$ or $$\mu^+\mu^-$$) and an undetected invisible component $$X$$. Measurements of the outgoing proton energies by the ATLAS forward proton spectrometer allow the full photon-photon four-momentum to be reconstructed. By subtracting the visible four-momentum of the central system measured with the ATLAS detector, the 'missing mass' of any event components not detected in the central region can be reconstructed, enabling the reconstruction of $$X$$ without knowing its properties, thus allowing the search to be model-independent. A search for a narrow resonance is performed in the missing-mass spectrum between 100 GeV and 900 GeV. The analysis uses data collected in 2017 from proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of $$\sqrt{s} =$$ 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 14.7 fb$$^{-1}$$. No significant excess over the Standard Model expectation is observed and upper limits at 95% confidence level are set on the fiducial cross sections for three different signal models in the range between 128 and 2.5 fb. Additionally, model-independent limits are set on the visible cross section of BSM processes, for two sets of selection criteria. Both individual lepton flavour decay channels of the visible boson and a combination of the two channels are considered.
طاقة التصادمات في مصادم الهادرونات الكبير تبلغ 13 تيرا إلكترون فولت، وهي أكبر بملايين المرات من طاقة الجسيمات في الرياح الشمسية.
فكرة الجسيمات غير المرئية التي تحمل الطاقة تذكرنا بقصص المادة المظلمة التي تتفاعل مع عالمنا فقط عبر الجاذبية.