Nieuwe deeltjes die worden geproduceerd in de hoogenergetische proton-protonbotsingen van de LHC, blijven niet lang hangen. Een Higgs-deeltje bestaat minder dan een duizendste van een miljardste van een miljardste van een seconde voordat het vervalt in lichtere deeltjes, die vervolgens kunnen worden gevolgd of gestopt in onze detectoren. Niets sluit echter het bestaan ​​van veel langerlevende deeltjes uit, en bepaalde theoretische scenario's voorspellen dat dergelijke buitengewone objecten vast kunnen komen te zitten in de LHC-detectoren, zit daar dagenlang stil.

De CMS-samenwerking heeft nieuwe resultaten gerapporteerd in haar zoektocht naar zware langlevende deeltjes (LLP's), die hun kinetische energie zouden kunnen verliezen en tot stilstand zouden kunnen komen in de LHC-detectoren. Op voorwaarde dat de deeltjes langer dan enkele tientallen nanoseconden leven, hun verval zou zichtbaar zijn in perioden waarin er geen LHC-botsingen plaatsvinden, het produceren van een stroom van gewone materie schijnbaar uit het niets.

Het CMS-team zocht naar dit soort niet-botsingsgebeurtenissen in de dichtste detectormaterialen van het experiment, waar de langlevende deeltjes het meest waarschijnlijk worden gestopt, gebaseerd op LHC-botsingen in 2015 en 2016. Ondanks het doorzoeken van gegevens uit een periode van meer dan 700 uur, er werd niets vreemds opgemerkt. De resultaten bepalen tot nu toe de strakste dwarsdoorsnede- en massalimieten voor hadronisch rottende langlevende deeltjes die in de detector stoppen. en de eerste limieten op gestopte langlevende deeltjes geproduceerd in proton-protonbotsingen met een energie van 13 TeV.

Het standaardmodel, het theoretisch raamwerk dat alle elementaire deeltjes beschrijft, werd in 2012 in het gelijk gesteld met de ontdekking van het Higgs-deeltje. Maar enkele van de grootste mysteries van het universum blijven onverklaard, zoals waarom materie de overhand had op antimaterie in het vroege heelal of wat donkere materie precies is. Langlevende deeltjes behoren tot de talrijke exotische soorten die zouden helpen deze mysteries aan te pakken en hun ontdekking zou een duidelijk teken zijn van fysica die verder gaat dan het standaardmodel. Vooral, het verval waarnaar in CMS werd gezocht, betrof langlevende gluino's die ontstonden in een model genaamd "split" supersymmetrie (SUSY) en exotische deeltjes genaamd "MCHAMPs".

Terwijl de zoektocht naar langlevende deeltjes bij de LHC snel vordert bij zowel CMS als ATLAS, de constructie van een speciale LLP-detector is voorgesteld voor het tijdperk van de LHC met hoge helderheid. MATHUSLA (Massive Timing Hodoscope for Ultra Stable Neutral Particles) is gepland als een oppervlaktedetector die 100 meter boven ATLAS of CMS wordt geplaatst. Het zou een enorme (200 × 200 × 20 m) doos zijn, meestal leeg, behalve de zeer gevoelige apparatuur die wordt gebruikt om LLP's te detecteren die bij LHC-botsingen worden geproduceerd.

Omdat LLP's zwak interageren met gewone materie, ze zullen geen moeite hebben om door de rotsen te reizen tussen het ondergrondse experiment en MATHUSLA. Dit proces is vergelijkbaar met hoe zwak op elkaar inwerkende kosmische stralen door de atmosfeer reizen en door de aarde gaan om onze ondergrondse detectoren te bereiken, alleen omgekeerd. Indien gebouwd, het experiment zal veel meer scenario's onderzoeken en ons dichter bij het ontdekken van nieuwe fysica brengen.