CMS实验的介子系统。最近的一项研究推进了对重中性轻子(HNLs)的寻找，这种假想的粒子可以回答粒子物理学中的主要问题。传统的大型强子对撞机实验专注于快速衰变的粒子，而这项研究需要创新的方法来检测长寿命的高强度粒子。来源:欧洲核子研究中心
CMS展示了长寿命中性粒子的搜索结果。
欧洲核子研究中心大型强子对撞机的CMS合作项目最近公布了寻找长寿命重中性轻子(hnl)的新结果。hnl也被称为“无菌中微子”，是一种有趣的假设粒子，可以解决粒子物理学中的三个主要难题:它们可以通过所谓的“跷跷板”机制解释中微子质量的小，它们可以解释宇宙中物质-反物质的不对称性，同时它们可以为暗物质提供一个候选。
然而，hnl很难探测到，因为它们与已知粒子的相互作用非常弱。目前的分析是一个例子，研究人员不得不使用越来越有创意的方法来检测探测器不是专门设计用来测量的粒子。
在大型强子对撞机上研究粒子衰变
在大型强子对撞机实验中研究的大多数粒子都有一个共同点:它们不稳定，产生后几乎立即衰变。这些衰变的产物通常是电子、介子、光子和强子——这些众所周知的粒子是大型粒子探测器设计用来观察和测量的。对原始短寿命粒子的研究是在仔细分析观察到的衰变产物的基础上进行的。从希格斯玻色子衰变成光子对和四个轻子，到顶夸克的研究，再到新的奇异强子的发现，许多大型强子对撞机的旗舰成果都是以这种方式获得的。
HNL分析的不同方法
本分析中研究的高净值人群需要采用不同的方法。它们是中性粒子，寿命相对较长，可以在不被发现的情况下飞行数米，然后在探测器的某个地方衰变。本文分析的重点是质子-质子碰撞中W玻色子衰变后出现HNL的情况，然后HNL本身在CMS探测器的介子系统中的某个地方衰变。
介子系统的作用
介子系统构成了CMS的最外层，顾名思义，它被设计用来探测介子。在大型强子对撞机中产生的介子穿过整个探测器，在内部跟踪系统中留下一个痕迹，然后在介子系统中留下另一个痕迹。将这两种轨迹结合成完整的μ子轨迹，物理学家可以识别μ子并测量它们的性质。
在HNL的研究中，介子被一种弱相互作用的重粒子所取代，这种重粒子在衰变之前不会留下任何痕迹。如果它在μ子系统中衰变，它可以产生一束粒子，在μ子探测器中清晰可见。但是，与μ子不同的是，它不会在内部跟踪探测器中留下任何痕迹，也不会在μ子系统中留下任何其他活动。这种分析是基于在μ子探测器中寻找“无处不在”的轨迹簇。
分析程序和结果
分析开始于选择与W玻色子衰变中重建的电子或μ子的碰撞事件，以及μ子系统中孤立的痕迹簇。然后，分析需要去除标准过程可以模拟HNL信号的情况。在充分分析后，没有观察到超出预期的信号。因此，排除了一系列可能的HNL参数，为质量为2-3 GeV的HNL设定了迄今为止最严格的限制。
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