(AGENPARL) - Roma, 13 Novembre 2023 - (AGENPARL) – lun 13 novembre 2023 MEDIA INFORMATION / INFORMATION PRESSE
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Illustration of two types of long-lived particles decaying into a pair of muons, showing how the signals of the muons can be traced back to the long-lived particle decay point using data from the tracker and muon detectors. / Représentation graphique de deux types de particules à vie longue se désintégrant en paires de muons ; les signaux correspondant aux muons peuvent être associés au point où la particule à vie longue s’est désintégrée, à l’aide des données provenant du trajectographe et des détecteurs de muons. (Image: CMS/CERN)
** The CMS collaboration at CERN presents its latest search for new exotic particles 
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In theory, dark photons would travel a measurable distance in the CMS detector before they decay into “displaced muons”. If scientists were to retrace the tracks of these muons, they would find that they don’t reach all the way to the collision point, because the tracks come from a particle that has already moved some distance away, without any trace.
Run 3 of the LHC began in July 2022 and has a higher instantaneous luminosity than previous LHC runs, meaning there are more collisions happening at any one moment for researchers to analyse. The LHC produces tens of millions of collisions every second, but only a few thousand of them can be stored, as recording every collision would quickly consume all the available data storage. This is why CMS is equipped with a real-time data selection algorithm called the trigger, which decides whether or not a given collision is interesting. Therefore, it is not only a higher volume of data that could help to reveal evidence of the dark photon, but also the way in which the trigger system is fine-tuned to look for specific phenomena.
“We have really improved our ability to trigger on displaced muons,” says Juliette Alimena from the CMS experiment. “This allows us to collect much more events than before with muons that are displaced from the collision point by distances from a few hundred micrometres to several metres. Thanks to these improvements, if dark photons exist, CMS is now much more likely to find them.”
The CMS trigger system has been crucial to this search, and was especially refined between Runs 2 and 3 to search for exotic long-lived particles. As a result, the collaboration has been able to use the LHC more efficiently, obtaining a strong result using just a third of the amount of data as previous searches. To do this, the CMS team refined the trigger system by adding a new algorithm called a non-pointing muon algorithm. This improvement meant that even with just four to five months of data from Run 3 in 2022, more displaced-muon events were recorded than in the much larger 2016–18 Run 2 dataset. The new coverage of the triggers vastly increases the momentum ranges of the muons that are picked up, allowing the team to explore new regions where long-lived particles may be hiding.
The CMS team will continue using the most powerful techniques to analyse all data taken in the remaining years of Run 3 operations, with the aim of further exploring physics beyond the Standard Model.
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 La collaboration CMS au CERN présente l’état le plus récent de sa recherche de nouvelles particules exotiques 
D’après la théorie, les photons noirs sont censés se déplacer sur une distance mesurable à l’intérieur du détecteur CMS avant de se désintégrer en « muons déplacés ». Si l’on essayait de de reconstituer les trajectoires de ces muons, on constaterait qu’il est impossible de remonter jusqu’au point de collision, car ils proviennent d’une particule qui s’est déjà éloignée, sans laisser de trace.
La troisième période d’exploitation du LHC a débuté en juillet 2022 avec une luminosité instantanée plus élevée que lors des précédentes périodes, ce qui signifie que, à tout moment, le nombre de collisions pouvant être analysées est plus élevé. Des dizaines de millions de collisions ont lieu chaque seconde dans le LHC, mais seules quelques milliers d’entre elles peuvent être stockées, car enregistrer chaque collision épuiserait rapidement toutes les capacités de stockage de données disponibles. C’est la raison pour laquelle CMS utilise un algorithme de sélection des données en temps réel, appelé « système de déclenchement », qui décide si une collision donnée est intéressante ou non. Dès lors, notre capacité de trouver des indices de l’existence du photon sombre n’est pas liée uniquement à un plus grand volume de données ; elle dépend également de la manière dont le système de déclenchement est réglé pour rechercher des phénomènes spécifiques.
« Nous avons réellement amélioré notre capacité de cibler, au niveau du déclenchement, les muons déplacés, explique Juliette Alimena, de l’expérience CMS. Cela nous permet de disposer de beaucoup plus d’événements présentant des muons déplacés par rapport au point de collision, sur des distances allant de quelques centaines de micromètres à plusieurs mètres. Grâce à ces améliorations, si les photons noirs existent, CMS aura désormais bien plus de chances de les découvrir. »
Le système de déclenchement de CMS a joué un rôle essentiel dans cette quête ; il a notamment été perfectionné entre la deuxième et la troisième période d’exploitation en vue de rechercher des particules exotiques à vie longue. La collaboration a ainsi pu utiliser le LHC de manière plus efficace, obtenant un résultat solide avec seulement un tiers de la quantité de données utilisées pour ses précédentes recherches. Pour cela, l’équipe de CMS a perfectionné le système de déclenchement en ajoutant un nouvel algorithme ciblant les muons dits non pointants. Grâce à cette amélioration, même sur la base de quatre à cinq mois seulement de données issues de la troisième période d’exploitation en 2022, il a été possible d’enregistrer beaucoup plus de muons déplacés ont été enregistrés qu’avec l’ensemble de données beaucoup plus important issu de la deuxième période d’exploitation de 2016-2018. La nouvelle couverture du système de déclenchement augmente considérablement l’amplitude de la gamme des impulsions des muons captés, ce qui permet d’explorer de nouvelles régions où peuvent se cacher des particules à vie longue.
L’équipe de CMS continuera à utiliser les techniques les plus puissantes pour analyser toutes les données collectées durant le reste de la troisième période d’exploitation, afin de poursuivre l’exploration de la physique au-delà du Modèle standard.
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A propos du CERN
Le CERN, Organisation européenne pour la Recherche nucléaire, est l’un des plus éminents laboratoires de recherche en physique des particules du monde. Située de part et d’autre de la frontière franco-suisse, l’Organisation a son siège à Genève. Ses États membres sont les suivants : Allemagne, Autriche, Belgique, Bulgarie, Danemark, Espagne, Finlande, France, Grèce, Hongrie, Israël, Italie, Norvège, Pays-Bas, Pologne, Portugal, République tchèque, Roumanie, Royaume-Uni, Serbie, Slovaquie, Suède et Suisse. Chypre, l’Estonie et la Slovénie sont États membres associés en phase préalable à l’adhésion. La Croatie, l’Inde, la Lettonie, la Lituanie, le Pakistan, la Türkiye et l’Ukraine sont États membres associés. Les États-Unis d’Amérique et le Japon ont actuellement le statut d’observateur, ainsi que l’UNESCO et l’Union européenne. Le statut d’observateur de la Fédération de Russie et du JINR est suspendu conformément aux Résolutions du Conseil du CERN prises respectivement le 8 mars 2022 et le 25 mars 2022. 
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