Onlangs is het NA64-team begonnen met het gebruik van een muonstraal van de SPS om te zoeken naar nieuwe deeltjes die voornamelijk interageren met muonen (zwaardere versies van het elektron) en tegelijkertijd de al lang bestaande puzzel van het afwijkende magnetische moment van het muon en de donkere materie kunnen verklaren. (DM) probleem. Hun eerste resultaten werden geaccepteerd in het tijdschrift Physical Review Letters op 8 april.

In dit artikel stelt de NA64-samenwerking nieuwe grenzen aan de beschikbare parameterruimte – het venster waar de onderzoekers een hypothetisch donker boson Z' konden vinden dat alleen koppelt aan muonen en tauonen voor gegeven waarden van zijn massa en koppelsterkte.

In het zogenaamde vanillemodel kan de Z' alleen terugvallen in neutrino's en zou dit een verklaring kunnen bieden voor de afwijkende magnetische momentenpuzzel van het muon. In uitgebreide modellen kan het echter ook vervallen tot DM-kandidaten. Dit zou het DM-probleem oplossen door de waargenomen relikwiedichtheid van DM-deeltjes te voorspellen die in het vroege heelal zijn gecreëerd.

Met deze resultaten demonstreert de NA64-samenwerking het grote potentieel van muonenbundels bij het zoeken naar donkere materie en in toekomstige nieuwe natuurkundige scenario's, bij voorkeur gekoppeld aan muonen.

"Muonen die zich van de kernen in het doelwit verspreiden, zouden een hypothetisch donker boson Z' kunnen produceren, gevolgd door zijn onzichtbare verval in een paar neutrino's of een paar kandidaten voor donkere materie, afhankelijk van het onderliggende model", legt de plaatsvervangend technisch coördinator uit. Laura Molina Bueno. "Het kenmerk van deze productie zou het ontbreken van energie en momentum in onze detectoren zijn."

Om hiernaar te zoeken, wordt een tertiaire muonbundel van 160 GeV, afgeleid van de primaire SPS-protonenbundel, afgevuurd op een elektromagnetische calorimeter die als een actief doelwit fungeert. De experimentele onderzoekers zoeken vervolgens naar gebeurtenissen waarbij één muon in de eindtoestand een momentum heeft van minder dan 80 GeV zonder waarneembare activiteit in de stroomafwaartse calorimeters.

Omdat er in het verwachte signaalgebied geen gebeurtenis werd waargenomen die aan deze omstandigheden voldeed, konden de onderzoekers dit gebied uitsluiten en concluderen dat, voor het eerste model, het enige mogelijke massavenster voor een donker boson Z' de g-2 muon-anomalie kan verklaren. is van 6 MeV tot 40 MeV.

Hun resultaten geven ook aan dat lichte thermische donkere materie gekoppeld aan het standaardmodel via een (Lmu-Ltau) Z' niet zwaarder kan zijn dan 40 MeV.

NA64 is een van de eerste experimenten die zoeken naar donkere sectoren die zwak gekoppeld zijn aan muonen. De experimentatoren hebben er vertrouwen in dat ze de beschikbare parameterruimte in de toekomst zullen kunnen bestrijken door gebruik te maken van hogere bundelintensiteiten.

"Het gebruik van een muonstraal opent een nieuw venster om andere goed gemotiveerde nieuwe natuurkundige scenario's te verkennen, zoals benchmarkmodellen voor donkere fotonen, scalaire portalen, milligeladen deeltjes of processen die de leptonsmaak schenden", besluit Paolo Crivelli, mede-woordvoerder van NA64. P>