Partículas invisibles: la caza de longevos en ATLAS exprés

Original: "Search for long-lived particles using displaced vertices of oppositely charged leptons in 140 fb$$^{-1}$$ of pp collisions at $$\sqrt{s} = 13$$ TeV with the ATLAS detector"
· ATLAS Collaboration
arXiv:2601.05664 · 2026-01-09 · CC BY 4.0 · 2 min
Los físicos buscaron rastros de partículas que viven más de lo normal y se desintegran lejos de su lugar de nacimiento.

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.

No se encontró ni un solo evento de este tipo. Esto no es un fracaso, sino un resultado importante: ahora se sabe que, si tales partículas existen, nacen con menos frecuencia de lo que suponían algunos modelos.

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.

Las partículas de larga vida pueden recorrer varios metros a través del detector antes de desintegrarse, como si una bala disparada por un rifle no explotara en la boca del cañón, sino a cien metros del tirador.

Científicos
Albert EinsteinHans BetheLise MeitnerMargaret BurbidgePeter Higgs
Conceptos
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