Lo invisible atrapado en la luz exprés
En el Gran Colisionador de Hadrones, los protones chocan a casi la velocidad de la luz. A veces no se rompen, sino que intercambian fotones, las partículas de la luz. Estos fotones pueden crear un par: una partícula que el detector ve y otra que se escapa sin ser detectada. Este proceso es similar a un juego de billar donde, tras el golpe, una bola queda sobre la mesa y la otra desaparece en la tronera sin dejar rastro.
Los científicos de la colaboración ATLAS utilizaron detectores especiales que capturan los protones que rebotan tras la colisión. Con la energía de estos protones, reconstruyeron la energía total del par creado por los fotones. Luego restaron la energía de la partícula visible y obtuvieron la 'masa faltante': la masa de la partícula invisible. Es como pesar una caja de regalo sin abrirla: primero pesas toda la caja, luego restas el peso de la propia caja.
En el rango de masas de 100 a 900 gigaelectronvoltios (aproximadamente de 100 a 900 masas de protón), los físicos no observaron un exceso significativo sobre las predicciones del Modelo Estándar. Esto significa que las nuevas partículas, si existen, se producen con menos frecuencia de lo que se podría detectar en estos datos. Se establecieron límites superiores a la tasa de estos procesos, de 128 a 2.5 femtobarnios según el modelo.
Este método es como escuchar el silencio en una habitación donde se esperaba ruido. Si el silencio es demasiado puro, se puede decir cuán fuerte podría haber sido el sonido que no oímos. Ahora los físicos saben que en este rango de masas las partículas invisibles no se crean con demasiada frecuencia, y esto reduce el campo para futuras búsquedas.
Resumen original
tal como lo escribieron los autores, en inglés 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.
La energía de las colisiones en el Gran Colisionador de Hadrones, de 13 teraelectronvoltios, es millones de veces mayor que la de las partículas del viento solar.
La idea de partículas invisibles que se llevan energía recuerda a las historias sobre materia oscura, que interactúa con nuestro mundo solo a través de la gravedad.