AxiTop: Buscando por partículas tipo-axion com quarks top na fronteira das altas energias

• Processo: 24/08628-3
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de janeiro de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de dezembro de 2027
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física das Partículas Elementares e Campos
• Pesquisador responsável: Thiago Rafael Fernandez Perez Tomei
• Beneficiário: Thiago Rafael Fernandez Perez Tomei
• Pesquisador Responsável no exterior: Didar Dobur
• Instituição Parceira no exterior: Ghent University (UGent), Bélgica
• Pesquisador Responsável no exterior: Kirill Skovpen
• Instituição Parceira no exterior: Ghent University (UGent), Bélgica
• Instituição Sede: Núcleo de Computação Científica (NCC). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de São Paulo. São Paulo , SP, Brasil
• Assunto(s): Solenoide de múon compacto Grande Colisor de Hádrons Física experimental de altas energias
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Compact Muon Solenoid | Large Hadron Collider | Particle physics | Physics beyond the standard model | Física Experimental de Altas Energias

Resumo

A compreensão da Natureza, tanto à menor como à maior escala do nosso Universo, culminou em teorias célebres que estão entre as mais preditivas e testadas de sempre. Mergulhando no mundo subatômico, nossa compreensão dos blocos fundamentais da matéria comum e suas interações é sintetizada no modelo padrão (MP) de partículas elementares. A descoberta do bóson de Higgs no Large Hadron Collider (LHC) do CERN, após meio século de esforços experimentais, foi o triunfo do MP e levou ao Prêmio Nobel de Física em 2013. Desde esta descoberta, os experimentos CMS e ATLAS no LHC deram um tremendo salto na medição das propriedades do bóson de Higgs (sua massa com precisão superior a 0,1%), bem como medições precisas em outras frentes, testando rigorosamente as previsões do Modelo Padrão.Apesar do tremendo sucesso desta teoria fundamental na descrição dos dados experimentais nas últimas décadas, uma série de questões sem resposta ainda nos assombram. Uma dessas questões é o que compreende 85% do conteúdo de matéria do Universo, um componente desconhecido denominado matéria escura (dark matter - DM). Seus efeitos gravitacionais em grandes escalas são esmagadoramente estabelecidos através de ambos observáveis astronômico e cosmológicos: as velocidades angulares das estrelas nas galáxias, o aglomerado de galáxias Bullet, a radiação cósmica de fundo e a estrutura geral em grande escala do universo. Decifrar a natureza da DM é sem dúvida um dos principais objetivos do campo da física de altas energias. Centenas de experiências em todo o mundo, desde aquelas de mesa até às maiores experiências existentes, tentam lançar luz sobre este enigma convincente e mais de mil artigos revistos por pares com "matéria escura" no título são publicados todos os anos.A energia de colisão próton-próton sem precedentes, os grandes volumes de dados alcançados pelo LHC e o detector CMS com suas supremas capacidades de detecção de partículas fornecem um cenário único para descobrir a partícula que constitui a matéria escura. Desde o início do LHC, os promotores desta proposta desempenham papéis de liderança na vanguarda de várias pesquisas de matéria escura no âmbito da experiência CMS. Com esta proposta, AxiTop, eles embarcam em uma análise de dados totalmente nova para pesquisar e descobrir partículas de matéria escura tipo-axion. A hipotética partícula axion foi proposta pela primeira vez para resolver o famoso problema de CP forte na Cromodinâmica Quântica. Desde então, tais partículas pseudoescalares, denominadas partículas tipo-axion (axion-like particles - ALPs), foram incorporadas em vários modelos teóricos bem motivados que estendem o SM, e têm sido procuradas em experimentos muito diferentes. A massa dos ALPs e a sua força de interação com as partículas do MP são geralmente parâmetros livres e, dependendo destes parâmetros, os ALPs podem constituir um candidato viável para a matéria escura ou um portal para um setor escuro mais extenso.Durante a segunda tomada de dados do LHC, o CMS coletou aproximadamente 137 fb-1 de dados de colisão pp a uma energia de centro de massa sqrt(s) = 13 TeV. Esses dados ainda estão em fase de análise, mas resultados preliminares são publicados regularmente. Os resultados preliminares de pesquisas sobre nova física, em particular, não mostram desvios significativos das previsões do modelo padrão. Diante desta situação, é necessário que o conjunto de assinaturas experimentais a serem buscadas nos dados do LHC seja ampliado tanto quanto possível. Um esforço contínuo dentro do CMS é ampliar o escopo das buscas por partículas de vida longa, com uma grande variedade de assinaturas nessa categoria. Esta via de estudo permite mais uma vez procurar os fenômenos habituais do BSM - ressonâncias e partículas invisíveis, incluindo candidatos à matéria escura - em configurações que não seriam abordadas em análises anteriores. O ALP pode ter vida longa para alguns valores de sua massa e força de interação. (AU)