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Una piedrecita cae en un estanque y las ondas se expanden por el agua. Pero a veces la piedrecita no se hunde de inmediato: se desliza bajo la superficie, recorre varios metros y solo entonces emerge, generando ondas en un lugar inesperado. Así buscan los físicos las partículas de larga vida: nacen en la colisión de protones, atraviesan el detector sin ser detectadas y luego se desintegran en partículas ordinarias lejos del punto de nacimiento.

En el experimento ATLAS del Gran Colisionador de Hadrones se cazaban precisamente esas "ondas tardías": desintegraciones en pares de leptones cargados (electrones o muones) lejos del punto de colisión de los protones. Para ello, se revisaron los datos recopilados durante cuatro años de funcionamiento del colisionador a una energía de 13 TeV. Se buscaron eventos en los que dos partículas cargadas salieran de un mismo punto, alejado del eje del haz. Ese punto —el "vértice"— es justamente lo que delata la desintegración de una partícula longeva.

Los científicos probaron varios escenarios teóricos. En uno de ellos, una nueva partícula pesada se desintegra en un par de partículas longevas ligeras, que luego producen pares de leptones. En otros, se trata de variantes de la supersimetría, donde el neutralino (el compañero hipotético del fotón o del bosón de Higgs) vive lo suficiente como para alejarse del punto de nacimiento y se desintegra en leptones y neutrinos. Las masas de tales partículas en los modelos variaban desde 100 GeV hasta 2,2 TeV, y la "longitud de recorrido" desde un milímetro hasta diez metros.

La ausencia de señal permitió establecer nuevos límites superiores a la probabilidad de producción de estas partículas. Para varios modelos, estos límites se convirtieron en los más estrictos del mundo, y parte del rango de masas y tiempos de vida quedó por primera vez bajo restricción experimental directa. Ahora los teóricos tendrán que afinar sus predicciones, y los experimentalistas, buscar partículas longevas en otros canales de desintegración o en futuros colisionadores.

Resumen original

tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2601.05664

A search is presented for long-lived particles decaying into an oppositely charged lepton pair, $$\mu^{+}\mu^{-}$$, $$e^{+}e^{-}$$, or $$e^{\pm}\mu^{\mp}$$, that form a vertex within the inner tracking system of the ATLAS detector at the Large Hadron Collider, displaced from the primary proton-proton interaction region. The analysis uses the 140 fb$$^{-1}$$ of Run-2 data collected at $$\sqrt{s}=13$$ TeV by the ATLAS experiment in 2015-2018. The results of the analysis are interpreted in the context of three benchmark models covering masses from 0.1 to 2.2 TeV and a range of mean proper lifetimes times the speed of light from 1 to 10000 mm. The first model is a generic $$Z'$$ boson pair-produced by a new heavy scalar, with the $$Z'$$ decaying into lepton pairs. The remaining two models are $$R$$-parity violating supersymmetric models in which the lightest neutralino $$\tilde{\chi}^{0}_{1}$$ decays into $$\ell^{+}\ell^{'-} u$$ ($$\ell, \ell^{'} = e$$, $$\mu$$). The models differ by the mode of production of the $$\tilde{\chi}^{0}_{1}$$, which can be produced via the decay of pairs of gluinos or of pairs of charginos and neutralinos ($$\tilde{\chi}_{1}^{\pm}\tilde{\chi}_{1}^{0}$$, $$\tilde{\chi}_{1}^{\pm}\tilde{\chi}_{2}^{0}$$, or $$\tilde{\chi}_{2}^{0}\tilde{\chi}_{1}^{0}$$). Although each benchmark sample includes pair-produced LLPs, only a single vertex is required to be reconstructed. No dilepton displaced vertex candidate is observed and the results are presented as upper limits on the production cross-sections. This analysis sets leading limits on the production cross-sections for multiple models, including parameter space that has never been directly probed.