Камешек падает в пруд, и по воде расходятся круги. Но иногда камешек не сразу уходит на дно: он скользит под поверхностью, проплывает несколько метров и лишь потом всплывает, порождая круги в неожиданном месте. Так физики ищут долгоживущие частицы: они рождаются в столкновении протонов, летят сквозь детектор незамеченными, а затем распадаются на обычные частицы вдали от точки рождения.

В эксперименте ATLAS на Большом адронном коллайдере охотились именно за такими «запоздалыми кругами» — распадами на пары заряженных лептонов (электронов или мюонов) в стороне от места столкновения протонов. Для этого перебрали данные, собранные за четыре года работы коллайдера на энергии 13 ТэВ. Искали события, где две заряженные частицы вылетают из одной точки, удалённой от оси пучка. Такая точка — «вершина» — как раз и выдаёт распад долгожителя.

Учёные проверили несколько теоретических сценариев. В одном из них новая тяжёлая частица распадается на пару лёгких долгожителей, которые затем дают пары лептонов. В других — речь о вариантах суперсимметрии, где нейтралино (гипотетический партнёр фотона или бозона Хиггса) живёт достаточно долго, чтобы улететь от точки рождения, и распадается на лептоны и нейтрино. Массы таких частиц в моделях варьировались от 100 ГэВ до 2,2 ТэВ, а «длина пробега» — от миллиметра до десяти метров.

Отсутствие сигнала позволило установить новые верхние пределы на вероятность рождения таких частиц. Для нескольких моделей эти пределы стали самыми строгими в мире, а часть диапазона масс и времён жизни вообще впервые попала под прямое экспериментальное ограничение. Теперь теоретикам придётся уточнять свои предсказания, а экспериментаторам — искать долгожителей в других каналах распада или на будущих коллайдерах.