Search for GeV-scale axion-like particles in PbPb collisions
باستخدام بيانات تجربة LHCb من تصادمات PbPb عند طاقة sNN=5.02 تريليون إلكترون فولت، تقدم هذه الدراسة أول بحث عن الجسيمات الشبيهة بالأكسيون الناتجة حصرياً عبر اندماج الفوتون-فوتون في الاتجاه الأمامي، مما يضع الحدود الأكثر صرامة حتى الآن على إنتاجها للكتل ما بين 3 و5 جيجا إلكترون فولت.
المؤلف الأصلي: LHCb collaboration, R. Aaij, M. Abdelfatah, A. S. W. Abdelmotteleb, C. Abellan Beteta, F. Abudinén, T. Ackernley, A. A. Adefisoye, B. Adeva, M. Adinolfi, P. Adlarson, C. Agapopoulou, C. A. Aidala, S. Akar, K. Akiba, H. Al Saleh, P. Albicocco, J. Albrecht, R. Aleksiejunas, F. Alessio, P. Alvarez Cartelle, S. Amato, J. L. Amey, Y. Amhis, Z. Amos, L. An, L. Anderlini, P. Andreola, M. Andreotti, S. Andres Estrada, A. Anelli, D. Ao, C. Arata, F. Archilli, Z. Areg, M. Argenton, S. Arguedas Cuendis, L. Arnone, M. Artuso, E. Aslanides, R. Ataíde Da Silva, M. Atzeni, B. Audurier, J. A. Authier, D. Bacher, I. Bachiller Perea, S. Bachmann, M. Bachmayer, J. J. Back, M. Bai, Z. B. Bai, V. Balagura, A. Balboni, W. Baldini, Z. Baldwin, L. Balzani, H. Bao, J. Baptista de Souza Leite, C. Barbero Pretel, M. Barbetti, I. R. Barbosa, W. Barker, R. J. Barlow, M. Barnyakov, S. Baron, S. Barsuk, W. Barter, J. Bartz, S. Bashir, B. Batsukh, P. B. Battista, A. Bavarchee, A. Bay, A. Beck, M. Becker, F. Bedeschi, I. B. Bediaga, N. A. Behling, S. Belin, A. Bellavista, I. Belyaev, G. Bencivenni, E. Ben-Haim, J. L. M. Berkey, R. Bernet, A. Bertolin, L. Bertsch, F. Betti, J. Bex, O. Bezshyyko, S. Bhattacharya, M. S. Bieker, N. V. Biesuz, A. Biolchini, M. Birch, F. C. R. Bishop, A. Bitadze, A. Bizzeti, T. Blake, F. Blanc, J. E. Blank, S. Blusk, J. A. Boelhauve, O. Boente Garcia, T. Boettcher, A. Bohare, C. Bolognani, R. B. Bonacci, A. Bordelius, F. Borgato, S. Borghi, M. Borsato, J. T. Borsuk, E. Bottalico, S. A. Bouchiba, M. Bovill, T. J. V. Bowcock, A. Boyer, C. Bozzi, J. D. Brandenburg, A. Brea Rodriguez, N. Breer, C. Breitfeld, J. Brodzicka, J. Brown, E. Buchanan, M. Burgos Marcos, C. Burr, E. Butera, C. Buti, J. S. Butter, J. Buytaert, W. Byczynski, S. Cadeddu, H. Cai, Y. Cai, Y. Cai, A. Caillet, R. Calabrese, L. Calefice, M. Calvi, M. Calvo Gomez, P. Camargo Magalhaes, J. I. Cambon Bouzas, P. Campana, A. Campomagnani, A. C. Campos, A. F. Campoverde Quezada, Y. Cao, S. Capelli, M. Caporale, L. Capriotti, R. Caravaca-Mora, A. Carbone, L. Carcedo Salgado, R. Cardinale, A. Cardini, P. Carniti, L. Carus, R. Caspary, G. Casse, M. Cattaneo, G. Cavallero, V. Cavallini, S. Celani, I. Celestino, S. Cesare, A. J. Chadwick, M. Charles, Ph. Charpentier, E. Chatzianagnostou, R. Cheaib, M. Chefdeville, C. Chen, J. Chen, S. Chen, Z. Chen, A. Chen Hu, M. Cherif, S. Chernyshenko, X. Chiotopoulos, G. Chizhik, V. Chobanova, A. Christakakis, M. Chrzaszcz, Y. Chu, V. Chulikov, P. Ciambrone, X. Cid Vidal, P. Cifra, P. E. L. Clarke, M. Clemencic, H. V. Cliff, J. Closier, C. Cocha Toapaxi, V. Coco, A. Codovini, C. S. Codovini, J. Cogan, E. Cogneras, L. Cojocariu, S. Collaviti, P. Collins, T. Colombo, M. Colonna, A. Comerma-Montells, L. Congedo, J. Connaughton, A. Contu, N. Cooke, A. Corallo, G. Cordova, C. Coronel, I. Corredoira, A. Correia, G. Corti, G. C. Costantino, C. Cotirlan, J. Cottee Meldrum, B. Couturier, D. C. Craik, N. Crepet, M. Cruz Torres, M. Cubero Campos, E. Curras Rivera, R. Currie, C. L. Da Silva, X. Dai, J. Dalseno, C. D'Ambrosio, G. Darze, A. Davidson, O. De Aguiar Francisco, C. De Angelis, F. De Benedetti, J. de Boer, K. De Bruyn, S. De Capua, M. De Cian, U. De Freitas Carneiro Da Graca, F. De Gregorio, E. De Lucia, J. M. De Miranda, L. De Paula, A. De Robertis, E. De Santis, M. De Serio, P. De Simone, F. De Vellis, J. A. de Vries, F. Debernardis, D. Decamp, S. Dekkers, L. Del Buono, B. Delaney, B. Demaire-Lepape, J. Deng, O. Deschamps, F. Dettori, B. Dey, P. Di Nezza, S. Ding, Y. Ding, L. Dittmann, J. F. Diverchy, A. D. Docheva, A. Doheny, C. Dong, F. Dordei, J. Dorta Moreno, A. C. dos Reis, J. Dos Santos Oliveira, A. D. Dowling, L. Dreyfus, W. Duan, P. Duda, L. Dufour, V. Duk, P. Durante, M. M. Duras, J. M. Durham, O. D. Durmus, K. Duwe, A. Dziurda, S. Easo, E. Eckstein, U. Egede, S. Eisenhardt, E. Ejopu, L. Eklund, M. Elashri, D. Elizondo Blanco, J. Ellbracht, S. Ely, A. Ene, T. Evans, F. Fabiano, S. Faghih, L. N. Falcao, B. Fang, R. Fantechi, L. Fantini, M. Faria, K. Farmer, F. Fassin, D. Fazzini, L. Felkowski, C. Feng, M. Feng, A. Fernandez Casani, M. Fernandez Gomez, B. Fernandez Rodino, J. Fernandez-John, A. D. Fernez, F. Ferrari, R. F. Ferreira Leite Considera, F. Ferreira Rodrigues, R. A. Fini, R. Fiorenza, M. Fiorini, M. Firlej, D. S. Fitzgerald, C. Fitzpatrick, T. Fiutowski, F. Fleuret, A. Fomin, M. Fontana, M. Fontes Vaz, L. A. Foreman, R. Forty, D. Foulds-Holt, V. Franco Lima, M. Franco Sevilla, M. Frank, E. Franzoso, G. Frau, C. Frei, D. A. Friday, J. Fu, Y. Fu, Q. Führing, T. Fulghesu, G. Galati, M. D. Galati, A. Gallas Torreira, D. Galli, S. Gambetta, M. Gandelman, P. Gandini, B. Ganie, H. Gao, R. Gao, T. Q. Gao, Y. Gao, Y. Gao, Y. Gao, L. M. Garcia Martin, P. Garcia Moreno, J. García Pardiñas, P. Gardner, L. Garrido, C. Gaspar, A. Gavrikov, J. George, E. Gersabeck, M. Gersabeck, T. Gershon, S. Ghizzo, Z. Ghorbanimoghaddam, F. I. Giasemis, V. Gibson, H. K. Giemza, A. L. Gilman, M. Giovannetti, A. Gioventù, L. Girardey, M. A. Giza, F. C. Glaser, V. V. Gligorov, C. Göbel, L. Golinka-Bezshyyko, E. Golobardes, A. Golutvin, S. Gomez Fernandez, A. G. Gomez Mongui, W. Gomulka, F. Goncalves Abrantes, I. Gonçales Vaz, M. Goncerz, G. Gong, S. Gong, J. A. Gooding, C. Gotti, E. Govorkova, J. P. Grabowski, L. A. Granado Cardoso, R. Grande Quartieri, E. Graugés, E. Graverini, L. Grazette, G. Graziani, A. T. Grecu, N. A. Grieser, L. Grillo, C. Gu, M. Guarise, L. Guerry, A. -K. Guseinov, Y. Guz, T. Gys, K. Habermann, T. Hadavizadeh, C. Hadjivasiliou, G. Haefeli, C. Haen, S. Haken, G. Hallett, P. M. Hamilton, Q. Han, S. Han, X. Han, S. Hansmann-Menzemer, N. Harnew, T. J. Harris, L. Hartman, M. Hartmann, S. Hashmi, J. He, N. Heatley, A. Hedes, F. Hemmer, C. Henderson, R. Henderson, R. D. L. Henderson, A. M. Hennequin, K. Hennessy, A. Henrot, J. Herd, P. Herrero Gascon, J. Heuel, A. Heyn, A. Hicheur, G. Hijano Mendizabal, J. Horswill, R. Hou, Y. Hou, D. C. Houston, N. Howarth, W. Hu, X. Hu, W. Hulsbergen, R. J. Hunter, D. Hutchcroft, M. Idzik, P. Ilten, A. Iohner, S. Jacevicius, H. Jage, S. J. Jaimes Elles, S. Jakobsen, T. Jakoubek, E. Jans, A. Jawahery, C. Jayaweera, A. Jelavic, V. Jevtic, Z. Jia, E. Jiang, X. Jiang, Y. Jiang, Y. J. Jiang, E. Jimenez Moya, N. Jindal, M. John, A. John Rubesh Rajan, D. Johnson, C. R. Jones, S. Joshi, B. Jost, J. Juan Castella, N. Jurik, I. Juszczak, K. Kalecinska, D. Kaminaris, S. Kandybei, M. Kane, Y. Kang, C. Kar, M. Karacson, A. Kauniskangas, J. W. Kautz, M. K. Kazanecki, F. Keizer, M. Kenzie, T. Ketel, B. Khanji, S. Kholodenko, V. Kholoimov, G. Khreich, F. Kiraz, T. Kirn, V. S. Kirsebom, N. Kleijne, A. Kleimenova, D. Klekots, K. Klimaszewski, M. R. Kmiec, T. Knospe, R. Kolb, S. Koliiev, L. Kolk, A. Konoplyannikov, P. Kooij, P. Kopciewicz, P. Koppenburg, A. Korchin, I. Kostiuk, O. Kot, S. Kotriakhova, E. Kowalczyk, O. Kravcov, M. Kreps, W. Krupa, W. Krzemien, O. Kshyvanskyi, S. Kubis, M. Kucharczyk, A. Kupsc, A. Kurzina, V. Kushnir, B. Kutsenko, J. Kvapil, I. Kyryllin, D. Lacarrere, P. Laguarta Gonzalez, A. Lai, A. Lampis, D. Lancierini, C. Landesa Gomez, G. Lanfranchi, C. Langenbruch, T. Latham, F. Lazzari, C. Lazzeroni, R. Le Gac, H. Lee, R. Lefèvre, M. Lehuraux, E. Lemos Cid, O. Leroy, T. Lesiak, E. D. Lesser, B. Leverington, A. Li, C. Li, C. Li, H. Li, J. Li, K. Li, L. Li, L. Li, P. Li, P. -R. Li, Q. Li, T. Li, T. Li, W. Li, Y. Li, Y. Li, Y. Li, Z. Li, Z. Lian, Q. Liang, X. Liang, Z. Liang, S. Libralon, A. Lightbody, J. Lin, S. Lin, T. Lin, R. Lindner, H. Linton, R. Litvinov, D. Liu, F. L. Liu, G. Liu, K. Liu, S. Liu, W. Liu, X. Liu, Y. Liu, Y. Liu, Y. L. Liu, G. Loachamin Ordonez, I. Lobo, A. Lobo Salvia, A. Loi, T. Long, F. C. L. Lopes, J. H. Lopes, A. Lopez Huertas, C. Lopez Iribarnegaray, Q. Lu, C. Lucarelli, D. Lucchesi, M. Lucio Martinez, Y. Luo, A. Lupato, M. Lupberger, E. Luppi, K. Lynch, J. Lyu, S. Lyu, X. -R. Lyu, H. Ma, S. Maccolini, F. Machefert, F. Maciuc, B. Mack, I. Mackay, L. M. Mackey, L. R. Madhan Mohan, M. J. Madurai, D. Magdalinski, J. J. Malczewski, S. Malde, L. Malentacca, G. Manca, C. Mancuso, R. Manera Escalero, A. Mangalasseri, F. Manganella, R. Mangrulkar, D. Manuzzi, S. Mao, D. Marangotto, J. F. Marchand, R. Marchevski, U. Marconi, L. Mareso, E. Mariani, S. Mariani, C. Marin Benito, J. Marks, A. M. Marshall, L. Martel, G. Martelli, G. Martellotti, L. Martinazzoli, M. Martinelli, C. Martinez, A. Martinez Armas, D. Martinez Gomez, D. Martinez Santos, F. Martinez Vidal, A. Martorell i Granollers, A. Massafferri, R. Matev, A. Mathad, C. Matteuzzi, K. R. Mattioli, L. Matzner, A. Mauri, E. Maurice, J. Mauricio, P. Mayencourt, J. Mazorra de Cos, M. Mazurek, D. Mazzanti Tarancon, M. McCann, N. T. McHugh, A. McNab, R. McNulty, B. Meadows, S. E. R. Medaer, D. Melnychuk, D. Mendoza Granada, P. Menendez Valdes Perez, F. M. Meng, M. Merk, A. Merli, L. Meyer Garcia, D. Miao, H. Miao, S. Mico, M. Mikhasenko, D. A. Milanes, A. Minotti, E. Minucci, B. Mitreska, D. S. Mitzel, R. Mocanu, A. Modak, L. Moeser, R. D. Moise, E. F. Molina Cardenas, T. Mombächer, M. Monk, T. Monnard, S. Monteil, A. Morcillo Gomez, G. Morello, M. J. Morello, M. P. Morgenthaler, A. Moro, J. Moron, W. Morren, A. B. Morris, A. G. Morris, R. Mountain, Z. Mu, N. Muangkod, E. Muhammad, F. Muheim, M. Mulder, K. Müller, F. Muñoz-Rojas, V. Mytrochenko, P. Naik, T. Nakada, R. Nandakumar, G. Napoletano, I. Nasteva, M. Needham, N. Neri, S. Neubert, N. Neufeld, J. Nicolini, D. Nicotra, E. M. Niel, L. Nisi, Q. Niu, B. K. Njoki, P. Nogarolli, P. Nogga, J. Nombela Royo, C. Normand, A. Novo Cal, J. Novoa Fernandez, G. Nowak, H. N. Nur, A. Oblakowska-Mucha, T. Oeser, O. Okhrimenko, R. Oldeman, F. Oliva, E. Olivart Pino, M. Olocco, R. H. O'Neil, J. S. Ordonez Soto, D. Osthues, J. M. Otalora Goicochea, A. Oyanguren, O. Ozcelik, F. Paciolla, A. Padee, K. O. Padeken, B. Pagare, T. Pajero, A. Palano, L. Palini, L. Palombini, M. Palutan, C. Pan, X. Pan, S. Panebianco, S. Paniskaki, L. Paolucci, A. Papanestis, M. Pappagallo, L. L. Pappalardo, C. Pappenheimer, C. Parkes, D. Parmar, G. Passaleva, D. Passaro, A. Pastore, M. Patel, J. Patoc, C. Patrignani, A. Paul, C. J. Pawley, A. Pellegrino, J. Peng, X. Peng, M. Pepe Altarelli, S. Perazzini, H. Pereira Da Costa, M. Pereira Martinez, A. Pereiro Castro, C. Perez, A. Perez Casas, P. Perret, A. Perrevoort, A. Perro, M. J. Peters, A. Petkovic, K. Petridis, A. Petrolini, S. Pezzulo, J. P. Pfaller, H. Pham, L. Pica, M. Piccini, L. Piccolo, B. Pietrzyk, R. N. Pilato, D. Pinci, F. Pisani, M. Pizzichemi, V. M. Placinta, M. Plo Casasus, T. Poeschl, F. Polci, M. Poli Lener, A. Poluektov, I. Polyakov, E. Polycarpo, S. Ponce, D. Popov, K. Popp, K. Prasanth, C. Prouve, D. Provenzano, V. Pugatch, A. Puicercus Gomez, G. Punzi, J. R. Pybus, Q. Qian, W. Qian, N. Qin, R. Quagliani, R. I. Rabadan Trejo, B. Rachwal, R. Racz, J. H. Rademacker, M. Rama, M. Ramírez García, V. Ramos De Oliveira, M. Ramos Pernas, G. Ramsey, M. S. Rangel, G. Raven, M. Rebollo De Miguel, F. Redi, J. Reich, F. Reiss, Z. Ren, P. K. Resmi, M. Ribalda Galvez, R. Ribatti, G. Ricart, D. Riccardi, S. Ricciardi, K. Richardson, M. Richardson-Slipper, F. Riehn, K. Rinnert, P. Robbe, G. Robertson, E. Rodrigues, A. Rodriguez Alvarez, E. Rodriguez Fernandez, J. A. Rodriguez Lopez, E. Rodriguez Rodriguez, J. Roensch, A. Rogovskiy, D. L. Rolf, P. Roloff, A. Romano, V. Romanovskiy, A. Romero Vidal, G. Romolini, F. Ronchetti, T. Rong, W. Rose, M. Rotondo, M. S. Rudolph, G. Ruggiero, M. Ruiz Diaz, J. Ruiz Vidal, J. Ruz Armendariz, J. J. Saavedra-Arias, J. J. Saborido Silva, D. Sahoo, N. Sahoo, B. Saitta, M. Salomoni, I. Sanderswood, R. Santacesaria, C. Santamarina Rios, M. Santimaria, L. Santoro, E. Santovetti, A. Saputi, A. Sarnatskiy, G. Sarpis, M. Sarpis, C. Satriano, A. Satta, M. Saur, H. Sazak, F. Sborzacchi, A. Scarabotto, S. Schael, S. Scherl, M. Schiller, H. Schindler, M. Schmelling, B. Schmidt, N. Schmidt, S. Schmitt, H. Schmitz, O. Schneider, A. Schopper, N. Schulte, H. Schumacher, M. H. Schune, G. Schwering, B. Sciascia, A. Sciuccati, G. Scriven, I. Segal, S. Sellam, M. Senghi Soares, A. Sergi, N. Serra, L. Sestini, B. Sevilla Sanjuan, Y. Shang, D. M. Shangase, R. S. Sharma, L. Shchutska, T. Shears, S. Shelton, J. Shen, Z. Shen, S. Sheng, B. Shi, J. Shi, Q. Shi, W. S. Shi, E. Shmanin, R. Silva Coutinho, G. Simi, S. Simone, M. Singha, I. Siral, N. Skidmore, T. Skwarnicki, M. W. Slater, E. Smith, M. Smith, L. Soares Lavra, M. D. Sokoloff, F. J. P. Soler, A. Solomin, K. Solovieva, N. S. Sommerfeld, R. Song, Y. Song, Y. Song, Y. S. Song, F. L. Souza De Almeida, G. Souza De Castro, B. Souza De Paula, K. M. Sowa, E. Spadaro Norella, E. Spedicato, J. G. Speer, P. Spradlin, F. Stagni, M. Stahl, S. Stahl, S. Stanislaus, M. Stefaniak, O. Steinkamp, F. Suljik, J. Sun, L. Sun, M. Sun, D. Sundfeld, P. Svihra, V. Svintozelskyi, J. Swallow, K. Swientek, F. Swystun, A. Szabelski, T. Szumlak, Y. Tan, Y. Tang, Y. T. Tang, M. D. Tat, J. A. Teijeiro Jimenez, F. Terzuoli, F. Teubert, E. Thomas, D. J. D. Thompson, A. R. Thomson-Strong, R. Thornton, H. Tilquin, V. Tisserand, S. T'Jampens, M. Tobin, T. T. Todorov, L. Tomassetti, G. Tonani, X. Tong, T. Tork, L. Torlai, L. Toscano, D. Y. Tou, C. Trippl, G. Tuci, N. Tuning, L. H. Uecker, A. Ukleja, A. Upadhyay, B. Urbach, A. Usachov, U. Uwer, V. Vagnoni, A. Vaitkevicius, A. Valassi, V. Valcarce Cadenas, G. Valenti, N. Valls Canudas, J. van Eldik, H. Van Hecke, E. van Herwijnen, C. B. Van Hulse, R. Van Laak, M. van Veghel, P. Varrella, R. Vazquez Gomez, P. Vazquez Regueiro, C. Vázquez Sierra, S. Vecchi, J. Velilla Serna, J. J. Velthuis, M. Veltri, A. Venkateswaran, M. Verdoglia, M. Vesterinen, W. Vetens, D. Vico Benet, P. Vidrier Villalba, M. Vieites Diaz, X. Vilasis-Cardona, E. Vilella Figueras, A. Villa, P. Vincent, B. Vivacqua, F. C. Volle, D. vom Bruch, K. Vos, C. Vrahas, J. Wagner, J. Walsh, N. Walter, E. J. Walton, G. Wan, A. Wang, B. Wang, C. Wang, C. Wang, C. Wang, G. Wang, H. Wang, J. Wang, J. Wang, J. Wang, J. Wang, M. Wang, N. W. Wang, X. Wang, X. Wang, X. Wang, X. W. Wang, Y. Wang, Y. Wang, Y. Wang, Y. H. Wang, Z. Wang, Z. Wang, J. A. Ward, M. Waterlaat, N. K. Watson, D. Websdale, Y. Wei, Z. Weida, J. Wendel, B. D. C. Westhenry, A. S. White, C. White, M. Whitehead, E. Whiter, A. R. Wiederhold, D. Wiedner, M. A. Wiegertjes, C. Wild, G. Wilkinson, M. K. Wilkinson, M. Williams, M. J. Williams, M. R. J. Williams, R. Williams, S. Williams, Z. Williams, F. F. Wilson, M. Winn, W. Wislicki, M. Witek, L. Witola, T. Wolf, E. Wood, G. Wormser, S. A. Wotton, H. Wu, J. Wu, T. Wu, X. Wu, Y. Wu, Z. Wu, K. Wyllie, S. Xian, Z. Xiang, Y. Xie, T. X. Xing, A. Xu, L. Xu, M. Xu, R. Xu, Z. Xu, Z. Xu, Z. Xu, Z. Xu, S. Yadav, K. Yang, X. Yang, Y. Yang, Y. Yang, Z. Yang, Z. Yang, H. Yeung, H. Yin, X. Yin, C. Y. Yu, J. Yu, K. Yu, X. Yuan, Y Yuan, S. Zalambani, J. A. Zamora Saa, F. Zangari, M. Zavertyaev, M. Zdybal, F. Zenesini, C. Zeng, M. Zeng, S. H Zeng, C. Zhang, C. Zhang, D. Zhang, J. Zhang, L. Zhang, Q. Z. Zhang, R. Zhang, S. Zhang, S. L. Zhang, Y. Zhang, Z. Zhang, J. Zhao, M. Zhao, Y. Zhao, A. Zhelezov, S. Z. Zheng, X. Z. Zheng, Y. Zheng, T. Zhou, X. Zhou, V. Zhovkovska, L. Z. Zhu, X. Zhu, X. Zhu, Y. Zhu, V. Zhukov, J. Zhuo Gao, T. Zies, D. Zuliani, X. Zuo
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلف ولم يصادق عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
يمتلئ الكون بجسيمات يمكننا رؤيتها وقياسها، من البروتونات والإلكترونات التي تشكل المادة العادية إلى الجسيمات الغريبة المكتشفة في التصادمات عالية الطاقة. ومع ذلك، يشتبه الفيزيائيون في وجود طبقة خفية من الواقع، "قطاع مظلم" يحتوي على جسيمات تتفاعل بضعف شديد مع المادة العادية لدرجة أنها أفلتت من الكشف حتى الآن. ومن بين المرشحين الأكثر إثارة للاهتمام لهذا العالم الخفي هي الجسيمات الشبيهة بالأكسيونات (axion-like particles). هذه الجسيمات فرضية، شبحية، قد تساعد في تفسير سبب احتواء الكون على مادة أكثر من المادة المضادة، أو حتى مما تتكون المادة المظلمة. وبينما يصف النموذج المعياري للفيزياء القوى والجسيمات المعروفة بنجاح كبير، فإنه يترك هذه الأسئلة العميقة دون إجابة. وإذا كانت هذه الجسيمات الشبيهة بالأكسيونات موجودة، فقد تُنتج في أكثر التصادمات عنفاً في المختبر، لتختفي فوراً تقريباً في ومضتين من الضوء، تاركة وراءها بصمة باهتة تتطلب أدوات حساسة للغاية لالتقاطها.
في دراسة حديثة، ألقى تعاون LHCb في مصادم الهادرونات الكبير التابع لـ CERN نظرة جديدة بحثاً عن هذه الجسيمات المراوغة، مع التركيز على نطاق كتلة محدد لم يتم استكشافه بدقة من قبل. حلل الباحثون بيانات ناتجة عن تصادمات بين أيونات الرصاص، وهي ذرات ثقيلة جُردت من إلكتروناتها، والتي صُدمت ببعضها البعض بسرعة تقارب سرعة الضوء. عندما تمر هذه الأيونات الضخمة بالقرب من بعضها البعض دون أن تصطدم فعلياً، فإنها تولد دفعة مكثفة من الطاقة في شكل فوتونات، أو جسيمات ضوئية. في هذه البيئة، يمكن لفوتونين أن يتصادما ويندمجا لتكوين جسيم جديد ثقيل. وإذا كان هناك جسيم شبيه بالأكسيون يمتلك الخصائص المناسبة، فسيولد من هذا التصادم ويتحلل فوراً عائداً إلى فوتونين. التحدي يكمن في أن هذه العملية نادرة للغاية ويجب تمييزها عن بحر من أحداث الخلفية الأخرى حيث يتم إنتاج الفوتونات عبر آليات أخرى أكثر شيوعاً.
للعثور على هذه الإشارة، استخدم الفريق كاشفاً متخصصاً مصمماً للنظر إلى الأمام، حيث يلتقط الجسيمات التي تطير بزوايا حادة من نقطة التصادم. وفحصوا بيانات تتوافق مع مدة زمنية محددة من تشغيل المصادم، وهو ما يترجم إلى مقياس دقيق لعدد التصادمات التي حدثت. ركز البحث على جسيمات تتراوح كتلتها بين ثلاثة إلى عشرة أضعاف كتلة البروتون. وضع الباحثون معايير صارمة لتحديد الأحداث النادرة التي يظهر فيها فوتونان متقابلين تماماً مع وجود نشاط ضئيل جداً حولهما، وهي بصمة تشير إلى خلق وتحلل نظيف لجسيم جديد. كما توجب عليهم مراعاة حقيقة أنه خلال بعض فترات جمع البيانات، كان هناك غاز موجود في منطقة التصادم، مما قد يخلق ضوضاء إضافية، وقاموا بتصفية هذه الأحداث بعناية لضمان بقاء نتائجهم نقية.
بعد غربلة البيانات، لم يجد الباحثون أي دليل على وجود جسيمات شبيهة بالأكسيونات في نطاق الكتلة الذي درسوه. لم يرصدوا أي مرشح واحد يطابق البصمة المحددة لجسيم جديد يتحلل إلى فوتونين. ورغم أن هذه النتيجة قد تبدو سلبية، إلا أنها إنجاز علمي قوي لأنها تسمح لهم باستبعاد وجود هذه الجسيمات ضمن نطاق محدد من الخصائص. فمن خلال معرفة ما هو غير موجود، يمكنهم تضييق نطاق البحث عما قد يكون موجوداً. وتضع الدراسة أكثر الحدود صرامة حتى الآن للجسيمات الشبيهة بالأكسيونات ذات الكتل بين ثلاثة وخمسة جيجا إلكترون فولت، مما يخبرنا فعلياً أنه إذا كانت هذه الجسيمات موجودة في هذا النطاق من الكتلة، فيجب أن تكون أكثر مراوغة مما كان يُعتقد سابقاً، مع اقتران بالضوء أقل من 3.2 مضروبة في 10 لأس سالب 4 جيجا إلكترون فولت لأس سالب 1.
هذا العمل مهم بشكل خاص لأنه المرة الأولى التي يتم فيها إجراء مثل هذا البحث في الاتجاه الأمامي لمصادم باستخدام تصادمات أيونات الرصاص. لقد وضعت عمليات البحث السابقة من قبل تجارب أخرى حدوداً لجسيمات أخف أو أثقل بكثير، لكن هذا الفاصل الكتلي كان فجوة في معرفتنا. وقد سمحت قدرة تجربة LHCb الفريدة على اكتشاف الفوتونات منخفضة الطاقة باختراق هذا الإقليم بدقة عالية. كما قارن الباحثون نتائجهم بنتائج تجارب كبرى أخرى، مثل ATLAS وCMS، بالإضافة إلى بيانات من مصادمات قديمة وتجارب "مصب الشعاع" (beam dump). وتملأ نتائجهم فجوة حاسمة في الخريطة التي توضح أين يمكن لهذه الجسيمات أن تختبئ، مما يدفع حدود فهمنا للقطاع المظلم.
اعتمدت الدراسة على محاكاة حاسوبية متطورة لنمذجة كيفية استجابة الكاشف لكل من الإشارة المحتملة وضوضاء الخلفية. ساعدت هذه المحاكاة الفريق على فهم مدى كفاءة بحثهم وعدد الأحداث التي كان ينبغي أن يروها لو كانت الجسيمات موجودة. ومن خلال الجمع بين البيانات الحقيقية وهذه النماذج التفصيلية، استطاعوا التأكيد بثقة عدم وجود أي إشارة. إن غياب الاكتشاف لا يقلل من قيمة العمل؛ بل إنه يصقل المسار المستقبلي للتجارب. ومع استمرار البحث، تعمل هذه القيود الوثيقة على توجيه المنظرين والتجريبيين على حد سواء، مما يشير إلى أنه إذا كانت الجسيمات الشبهة بالأكسيونات موجودة، فقد تقع في نطاق كتلة مختلف أو تمتلك تفاعلات أكثر دقة مما تتنبأ به النماذج الحالية. لا يزال الكون مليئاً بالأسرار، ولكن مع كل بحث دقيق، تصبح خريطة المجهول أكثر دقة.
ملخص تقني: البحث عن جسيمات شبيهة بالأكسيونات بكتلة في نطاق جيجا إلكترون فولت (GeV) في تصادمات الرصاص-رصاص (PbPb)
المشكلة والدوافع
تتنبأ العديد من التوسعات للنموذج القياسي بوجود جسيمات شبيهة بالأكسيونات (ALPs)، وهي بوزونات "نامبو-غولدستون" كاذبة تنشأ من كسر تلقائي لتماثلات تقريبية. تظهر هذه الجسيمات في مختلف سيناريوهات ما و beyond-the-Standard-Model (BSM)، بما في ذلك بوابات القطاع المظلم، ونماذج أكسيون الـ QCD، وأطر نظرية الأوتار، وكسر التناظر الفائق. وبينما وضعت عمليات البحث السابقة قيوداً على اقتران هذه الجسيمات بالفوتونات، لا تزال هناك فجوات كبيرة في مساحة المعلمات (parameter space) للكتل الواقعة بين 1 و5 جيجا إلكترون فولت. تُشتق الحدود الحالية في منطقة الكتلة المتوسطة هذه بشكل أساسي من مصادمات الإلكترون-بوزيترون (e+e−) مثل Belle II وLEP وتجارب "مستودع الحزمة" (beam dump)، بينما تضع تجارب ATLAS وCMS حدوداً للكتل فوق 5 جي جيا إلكترون فولت. لا توجد عمليات بحث مخصصة من تجارب مصادم الهادرونات الكبير (LHC) في نطاق 3-5 جيجا إلكترون فولت. يعالج هذا البحث هذه الفجوة باستخدام القبول الأمامي الفريد لتجربة LHCb للبحث عن جسيمات شبيهة بالأكسيونات يتم إنتاجها عبر اندماج الفوتون-فوتون الحصري (γγ→a→γγ) في تصادمات الرصاص-رصاص فوق المدارية (ultraperipheral).
المنهجية
يستخدم التحليل بيانات تصادمات الرصاص-رصاص التي سجلها كاشف LHCb في عام 2018 عند طاقة مركز كتلة للنواكل (nucleon-nucleon center-of-mass energy) تبلغ sNN=5.02 تيرا إلكترون فولت، وهو ما يقابل لمعاناً متكاملاً قدره 0.228±0.010 نانو بارن−1. يستهدف البحث كتل الجسيمات الشبيهة بالأكسيونات (ma) في النطاق من 3 إلى 10 جيجا إلكترون فولت.
- اختيار الأحداث: يتم اختيار المرشحين باستخدام محفز (trigger) عتادي منخفض التعددية يتطلب وجود مرشح فوتوني واحد على الأقل بطاقة عرضية ET>960 ميجا إلكترون فولت، مع عدم وجود أكثر من 50 ترسباً في لوحات السكينتليشن (SPD). يتطلب الاختيار خارج الإنترنت (offline) وجود فوتونين مُعاد بنائهما، طاقة كل منهما ET>1300 ميجا إلكترون فولت، في حدث يخلو من أي مسارات مشحونة مُعاد بنائها في محدد الرأس (VELO) وأقل من عشرة عناقيد (clusters) في الـ VELO. لقمع التصادمات غير المرنة وتفكك النوى، يتم تطبيق حظر التعددية (multiplicity veto) الذي يجمع بين الإشارات من عدادات الشاور الأمامية HeRSCheL.
- القيود الكينماتيكية: يُتوقع أن تتحلل جسيمات الـ ALPs الناتجة إلى فوتونين متقابلين في المستوى المستعرض. لقمع الخلفيات مثل تشتت الضوء-بالضوء (LbL)، واندماج الغلوون-غلوون (ggF)، وعملية برايت-ويلر (Breit-Wheeler γγ→e+e−)، تُطبق قيود صارمة على عدم التراصف (acoplanarity Aϕ<0.02) ومربع الزخم المستعرض للفوتونين (pT2(γγ)<0.03 جيجا إلكترون فولت2).
- تقدير الخلفية: يتم تقدير الخلفيات من LbL وggF وBreit-Wheeler وJ/ψ→e+e− (عبر الخطأ في تحديد هوية الإلكترون-فوتون) باستخدام عينات محاكاة تم توليدها باستخدام STARlight وSuperChic. يتم تحديد كفاءة معايير الاختيار باستخدام مزيج من المحاكاة والأساليب القائمة على البيانات، بما في ذلك تقنية "الوسم والاختبار" (tag-and-probe) باستخدام اضمحلالات π0 وη لتحديد كفاءة المحفز، وأحداث "الحزمة الفارغة" لمتطلبات التعددية.
- الشكوك المنهجية: تشمل الشكوك الرئيسية اللمعان المتكامل (4.2%)، وكفاءة HeRSCheL (1.4%)، وإعادة بناء الفوتون (4.5%)، ومتطلبات التعددية. ينشأ شك كبير (31%) من الفرق في القبول بين مولدي STARlight وSuperChic المستخدمين لحساب الإشارة والمقطع العرضي على التوالي. يتم التعامل مع تأثيرات البقاء الناعمة (soft survival effects) في تصادمات PbPb بشكل تحفظي لتحديد حدود خلفية ggF.
النتائج الرئيسية
لم يتم رصد أي مرشح ثنائي الفوتون في البيانات التي نجت من معايير الاختيار. وبناءً على ذلك، تم وضع حدود عليا للمقطع العرضي لإنتاج الـ ALP وقوة اقتران الفوتون (gaγ) عند مستوى ثقة 95% (CL) باستخدام طريقة CLs.
- حدود المقطع العرضي: تتراوح الحدود العليا للمقطع العرضي للإنتاج بين 1.1 بيكوبارن و3.1 بيكوبارن لكتل الـ ALP بين 3 و10 جيجا إلكترون فولت.
- حدود الاقتران: تتراوح الحدود المقابلة للاقتران gaγ بين 3.2×10−4 و9.5×10−4 جيجا إلكترون فولت−1 عبر نفس فاصل الكتلة.
- منطقة الاستبعاد: يستبعد التحليل منطقة من مساحة المعلمات لكتل الـ ALP بين 3 و5 جيجا إلكترون فولت كانت غير مستكشفة سابقاً من قبل تجارب LHC.
الأهمية والادعاءات
يزعم المؤلفون أن هذا العمل يمثل أول بحث للجسيمات الشبيهة بالأكسيونات المنتجة حصرياً بواسطة فوتونين في الاتجاه الأمامي لكاشف LHCb. ومن خلال فحص نطاق الكتلة 3-10 جيجا إلكترون فولت، وتحديداً النطاق 3-5 جيجا إلكترون فولت، يوفر هذا البحث أشد الحدود صرامة حتى الآن على إنتاج الـ ALPs من عمليات اندماج الفوتون-فوتون الحصرية في هذه المنطقة من الكتلة. تُظهر الدراسة الحساسية الفريدة لتجربة LHCb للفوتونات ذات الطاقة المستعرضة المنخفضة في التصادمات فوق المدارية، مما يكمل بفعالية القيود المفروضة من مصادمات e+e− ويوسع نطاق أبحاث LHC إلى مجال كتلة متوسطة كان غير مستكشف سابقاً.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.
تصلك أفضل أبحاث تجارب الطاقة العالية كل أسبوع.
يحظى بثقة باحثين في ستانفورد وكامبريدج والأكاديمية الفرنسية للعلوم.
تفقّد بريدك لتأكيد الاشتراك.
حدث خطأ ما. تعيد المحاولة؟
لا رسائل مزعجة، ويمكنك إلغاء الاشتراك متى شئت.