Die CMS-Kollaboration am Large Hadron Collider (LHC) hat einen neuen Test an einem Modell durchgeführt, das entwickelt wurde, um die winzige Masse von Neutrinos zu erklären, elektrisch neutrale Teilchen, die ihren Typ ändern, wenn sie durch den Weltraum reisen.
Im Standardmodell der Teilchenphysik gewinnen die Teilchen, die nicht in kleinere Bestandteile zerlegt werden können, wie Quarks und Elektronen, ihre Masse durch ihre Wechselwirkungen mit einem Grundfeld, das dem Higgs-Boson zugeordnet ist. Die Neutrinos bilden hier allerdings die Ausnahme, da dieser Higgs-Mechanismus ihre Masse nicht erklären kann. Physiker suchen daher nach alternativen Erklärungen für die Masse der Neutrinos.
Eine beliebte theoretische Erklärung ist ein Mechanismus, der ein bekanntes leichtes Neutrino mit einem hypothetischen schweren Neutrino paart. In diesem Modell spielt das schwerere Neutrino die Rolle eines größeren Kindes auf einer Wippe und hebt das leichtere Neutrino an, um ihm eine kleine Masse zu verleihen. Aber damit dieses Schaukelmodell funktioniert, müssten die Neutrinos Majorana-Teilchen sein, also ihre eigenen Antimaterie-Teilchen.
In seiner jüngsten Studie testete das CMS-Team das Wippenmodell, indem es in Daten von hochenergetischen Kollisionen am LHC, die zwischen 2016 und 2018 vom CMS-Detektor gesammelt wurden, nach Majorana-Neutrinos suchte, die durch einen bestimmten Prozess namens Vektor-Boson-Fusion erzeugt wurden Wenn sie stattfanden, würden diese Kollisionsereignisse zu zwei Myonen (schwereren Versionen des Elektrons) führen, die die gleiche elektrische Ladung hätten, zwei „Jets“ von Teilchen, die eine große Gesamtmasse hätten und weit voneinander entfernt seien, und kein Neutrino.
Nachdem sie einen Hintergrund von Kollisionsereignissen identifiziert und abgezogen hatten, die fast genauso aussehen wie die gesuchten Ereignisse, fanden die CMS-Forscher keine Anzeichen von Majorana-Neutrinos in den Daten. Sie konnten jedoch einem Parameter des Wippenmodells, der die Quantenmischung zwischen einem bekannten leichten Neutrino und einem hypothetischen schweren Neutrino beschreibt, neue Grenzen setzen.
Die Ergebnisse umfassen Grenzen, die diejenigen übertreffen, die bei früheren LHC-Suchen nach einem schweren Majorana-Neutrino mit einer Masse von mehr als 650 Milliarden Elektronenvolt (GeV) erhalten wurden, und die ersten direkten Grenzen für ein schweres Majorana-Neutrino mit einer Masse von mehr als 2 Billionen Elektronenvolt (TeV). ) und bis zu 25 TeV.
Da der LHC diesen Sommer nach einem erfolgreichen Neustart am 22. April wieder im Kollisionsmodus sein wird, kann sich das CMS-Team darauf freuen, weitere Daten zu sammeln und die Wippe erneut auszuprobieren.
Untersuchung von Majorana-Neutrinos und dem Weinberg-Operator im Dimyon-Kanal gleicher Ladung durch Vektor-Boson-Fusionsprozesse in Proton-Proton-Kollisionen bei s√=s= 13 TeV. cms-results.web.cern.ch/cms-re … XO-21-003/index.html