Текущая ситуация
Поиск экзотических частиц на LHC включает в себя множество отдельных задач. Под «экзотическими» обычно понимают неоткрытые еще частицы (за исключением частиц Стандартной модели и суперсимметричных частиц, считающихся «стандартом» Новой физики), которые появляются в разнообразных теориях за пределами Стандартной модели. Свойства этих экзотических частиц могут быть самые разные, и поэтому экспериментаторы ищут их, стараясь не привязываться к конкретным теоретическим моделям.
Тем не менее эти частицы удобно группировать так:
- новые тяжелые лептоны или кварки (l’, q’) либо новые бозоны (W’, Z’), свойства которых очень похожи на свойства обычных лептонов, кварков или бозонов;
- возбужденные состояния известных фундаментальных частиц в моделях, где они считаются не точечными, а обладающими структурой;
- резонансы — новые метастабильные частицы, легко возникающие при столкновении обычных частиц и легко распадающиеся на них (например, лептокварки, топ–антитоп-резонансы и т. д.);
- новые контактные взаимодействия обычных частиц, проявляющиеся только при высоких энергиях столкновений;
- проявления неожиданно сильной гравитации: тяжелые аналоги гравитона, микроскопические черные дыры и т. д.
По состоянию на июнь 2013 года ситуация с их поиском такова:
После обработки статистики вплоть до 20 fb–1 никаких убедительных указаний на существование экзотических частиц ни одного из перечисленных типов не выявлено.
Ограничения на массы гипотетических частиц существенно зависят и от предположений об их взаимодействии. Характерные ограничения, полученные ATLAS и CMS, находятся в следующих диапазонах:
- возбужденные электроны или мюоны: m > 1,75–2,2 ТэВ;
- возбужденные кварки: m > 0,9–3,8 ТэВ;
- лептокварки: m > 400–800 ГэВ;
- тяжелые бозоны Z’: m > 1,4–2,9 ТэВ;
- тяжелые бозоны W’: m > 0,4–3,3 ТэВ;
- тяжелые резонансы: m > 0,8–1,8 ТэВ
- тяжелые аналоги гравитона: m > 0,8–4,7 ТэВ;
- новые контактные взаимодействия: энергетический масштаб > 2,5–13,9 ТэВ;
- микроскопические черные дыры: m > 4–5 ТэВ.
Ниже в графическом виде приведена сводка этих ограничений для многочисленных вариантов теорий экзотических частиц. Каждая колонка на гистограмме показывает, частицы вплоть до какой массы исключены в данной модели.
Результаты CMS (март 2013 года; источник):
Результаты ATLAS (май 2013 года; источник):
Список наших новостей, касавшихся некоторых из этих поисков:
- Черных дыр на LHC по-прежнему не видно, 03.08.2012.
- Гипотетических W’- и Z’-бозонов по-прежнему не видно, 10.08.2011.
- Поиск лептокварков дал отрицательный результат, 26.12.2010.
- Микроскопических черных дыр на LHC не видно, 16.12.2010.
- Поиск новых взаимодействий на детекторе ATLAS дал отрицательный результат, 02.10.2010.
- Детектор ATLAS искал, но не нашел возбужденные кварки, 19.08.2010.
Дополнительные ссылки:
- Новости LHC: поиск Новой физики.
- ATLAS Exotics public results и CMS Exotica Public Physics Results.