CMS y TOTEM estudiarán la resonancia a 750 GeV vía CT-PPS

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Unir fuerzas es garantía de éxito. Un buen ejemplo es el espectrómetro de precisión para protones CMS+TOTEM, llamado CT-PPS (CMS-TOTEM Precision Proton Spectrometer). En 2016 estudiará la resonancia a 750 GeV en las desintegraciones en dos fotones observada en el LHC Run 2 en diciembre de 2015. La combinación de TOTEM y CMS gracias a la colaboración CT-PPS permitirá estudiar la nueva resonancia con nuevos ojos.

Te recuerdo que TOTEM (TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement) es uno de los siete experimentos del LHC, junto a ALICE, ATLAS, CMS, LHCb, LHCf y MoEDAL. Los detectores de TOTEM se encuentran en el punto 5 del LHC, donde está CMS (Compact Muon Solenoid). TOTEM tiene detectores en cinco lugares, tanto en el propio CMS como a 147 metros y a 220 metros de distancia a ambos lados.

Por cierto, LHCf está formado por dos detectores a 140 metros de ATLAS (en el punto 1 del LHC) y estudia física similar a TOTEM. No hay un proyecto ATLAS+LHCf, pero hay un proyecto similar a CT-PPS llamado AFP (ATLAS Forward Proton). Usa cuatro detectores colocados a ambos lados de ATLAS a distancias de 206 metros y 214 metros. Se espera que empiece la toma de datos tras el verano de 2016 (con lo que CT-PPS se le adelantará, pero no por mucho).

Me he enterado gracias a Tommaso Dorigo, «Catching The 750 GeV Boson With Roman Pots ?!,» AQDS, 13 May 2016; más información técnica en The CMS and TOTEM Collaborations, «CMS-TOTEM Precision Proton Spectrometer Technical Design Report,» CERN-LHCC-2014-021, 25 Sep 2014.

Dibujo20160516 pseudorapidity eta calorimeters cms lhc cern

Se llama pseudorrapidez (η) al ángulo acimutal en coordenadas cilíndricas medido desde la dirección perpendicular al tubo por el que se mueven los protones en el LHC. En lugar de medir el ángulo como suele ser habitual (0º para la vertical y ±90º para la dirección del tubo) se usa una transformación matemática tal que η=0 corresponde a la vertical y η=∞ a la dirección del tubo. El detector CMS puede observar colisiones con una pseudorrapidez  |η|< 2,2, mientras que TOTEM alcanza valores de 5,3 < |η| < 6,4. Por ello, TOTEM permite estudiar los protones que se emiten desde el punto de colisión con una ángulo muy pequeño respecto a los tubos del LHC, la llamada «física en la dirección de los haces» (forward physics). Como resultado, CMS y TOTEM se complementan muy bien para estudiar colisiones con productos de desintegración de alta pseudorrapidez.

Dibujo20160516 exclusive diphoton production in pp collisions cms-totem lhc cern

El proyecto CT-PPS estudiará en 2016 desintegraciones exclusivas con dos fotones como la mostrada en este figura. Los protones emiten fotones virtuales por difracción elástica, perdiendo energía en el proceso. Dichos fotones interaccionan entre sí gracias a la nueva resonacia (si es que existe), que se desintegra a su vez en una pareja de fotones. Los dos fotones con baja pseudorrapidez serán detectados por CMS. La pérdida de energía en los protones será detectada gracias a TOTEM (que alcanzará una resolución del orden de 30 GeV). La combinación CMS+TOTEM permitirá estudiar este tipo de desintegraciones con energías en torno a 750 GeV, lo que confirmará o refutará la existencia de dicha resonancia.

Por supuesto, todavía no hay resultados en esta nueva estrategia para analizar las colisiones en CT-PPS. El gran interés que ha despertado la resonancia a 750 GeV ha acelerado la colaboración entre CMS y TOTEM. Tanto si existe como si no existe, dicha colaboración será muy fructífera.



1 Comentario

  1. Estoy sorprendido de que nadie haya comentado esta noticia. Creo que es positivo que se junten más recursos para investigar la resonancia. Lo más probable es que todo acabe un chasco y sea una fluctuación estadística, pero también podría ser una señal genuina de nueva Física. Tanto si se descarta como no, es algo a tener en cuenta.

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 16 mayo, 2016
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