La colaboración internacional que trabaja en el experimento Compact Muon Solenoid (CMS), y en la que participa desde hace años el Grupo Experimental de Física de Altas Energías de la Universidad de Oviedo, acaba de publicar su primera búsqueda de nueva física, a partir de los datos del tercer periodo de funcionamiento del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN). Han participado en el estudio, además del Grupo de Altas Energías del Instituto de Ciencias y Tecnologías Espaciales de Asturias (ICTEA) de la universidad asturiana, el Instituto de Física de Cantabria (IFCA), el Instituto de Altas Energías de la Academia Austriaca de las Ciencias (HEPHY), la Universidad de California Los Ángeles (UCLA), la Rice University y el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT). 

El equipo científico ha logrado examinar la posibilidad de producir fotones oscuros (dark photon) mediante la desintegración de bosones de Higgs en el mayor acelerador de partículas del mundo, el LHC. Estos fotones oscuros tienen dos particularidades: son partículas con un alto tiempo de vida, dado que tienen una vida media de más de una décima de una milmillonésima de segundo; y son exóticas porque no forman parte del modelo estándar de la física de partículas, esto es, la principal teoría sobre los componentes fundamentales del Universo. Este nuevo resultado ofrece más información a la comunidad investigadora sobre el proceso de cómo los bosones de Higgs se desintegran en fotones oscuros, estrechando aún más el área en la que los científicos pueden buscarlos. 

Según las predicciones realizadas por la comunidad científica, los fotones oscuros viajarían una distancia en el detector CMS antes de desintegrarse en muones desplazados. Si se rastrean las huellas de estos muones, se descubriría que no llegan hasta el punto de colisión, porque las huellas proceden de una partícula que ya se ha alejado cierta distancia, sin dejar rastro. Estos muones desplazados son el principal objeto de análisis en esta búsqueda.

La contribución de la Universidad de Oviedo

El equipo del Universidad de Oviedo se ha encargado, en este caso, de la búsqueda y análisis de estas partículas exóticas de tiempo de vida alto, muy diferentes al conocido Bosón de Higgs. El equipo asturiano ha rediseñado y perfeccionado el sistema de filtrado que permite seleccionar una pequeña fracción de los millones de colisiones que se producen en un segundo. El principal artífice de este rediseño es el investigador Alejandro Soto, que está realizando su tesis doctoral en el Grupo Experimental de Altas Energías del ICTEA. 

De esta forma, se ha logrado sacar el máximo partido al LHC, lo que permite obtener un resultado sólido utilizando solo un tercio de la cantidad de datos de búsquedas anteriores. Esto permite explorar nuevas regiones en las que pueden esconderse estas partículas de larga vida de una forma precisa y optimizando el almacenamiento. 

En los próximos meses, el equipo del Grupo Experimental de Altas Energías de la Universidad de Oviedo seguirá trabajando en técnicas más potentes para analizar todos los datos tomados en el tercer periodo de funcionamiento, con el objetivo de seguir explorando nueva física más allá del modelo estándar, al tiempo que trabaja en el rediseño del sistema de filtrado para cuando entre en funcionamiento el LHC de alta luminosidad en 2029, gracias al trabajo, entre otros, de los investigadores Pelayo Leguina, Javier Prado, Clara Ramón y Carlos Vico. Para este trabajo, el grupo cuenta con el proyecto INTREPID, dirigido por el profesor Folgueras, desde el que desarrollarán técnicas avanzadas de inteligencia artificial y tarjetas programables de última generación para construir un sistema de filtrado que permita detectar estas partículas de alta vida media en una fracción de segundo (microsegundos) y facilitar así un descubrimiento científico sin precedentes en los próximos años. 

Referencias:
https://home.cern/news/news/physics/cms-collaboration-cern-presents-its-latest-search-new-exotic-particles
https://cms.cern/news/long-lived-particles-light-lhc-run-3-data