Quarks son las partículas más pequeñas que conocemos. De hecho, de acuerdo con el Modelo Estándar de la física de partículas, que describe todas las partículas conocidas y sus interacciones, los quarks deben ser infinitamente pequeños. Si eso no es lo suficientemente alucinante, entran en acción los quarks oscuros: partículas hipotéticas que se han propuesto para explicar la materia oscura, una forma invisible de materia que llena el universo y mantiene unidas la Vía Láctea y otras galaxias.
En un estudio reciente, la colaboración CMS describe cómo se ha filtrado a través de los datos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) para tratar de detectar quarks oscuros. Aunque la búsqueda se realizó con las manos vacías, permitió que el equipo se acercara más a las partículas originales de las que se pueden originar los quarks oscuros.
Una teoría convincente amplía el Modelo Estándar para explicar por qué las densidades de masa observadas de materia normal y materia oscura son similares. Lo hace al invocar la existencia de quarks oscuros que interactúan con los quarks ordinarios a través de una partícula mediadora. Si tales partículas mediadoras se produjeran en pares en una colisión protón-protón, cada partícula mediadora del par se transformaría en un quark normal y un quark oscuro, que producirían una pulverización, o "chorro", de partículas llamadas hadrones, compuesto de quarks o quarks oscuros. En total, habría dos jets de hadrones regulares que se originarían en el punto de colisión, y dos jets "emergentes" que surgirían a una distancia del punto de colisión porque los hadrones oscuros tardarían un tiempo en descomponerse en partículas visibles.
En su estudio, los investigadores del CMS analizaron los datos de colisiones de protones y protones recolectados en el LHC a una energía de 13 TeV para buscar instancias o "eventos" en los que pudieran aparecer tales partículas mediadoras y chorros emergentes asociados. Utilizaron dos características distintivas para identificar los aviones emergentes y seleccionarlos de un fondo de eventos que se espera que imiten sus características.
El equipo no encontró pruebas sólidas de la existencia de tales chorros emergentes, pero los datos les permitieron excluir masas para la partícula mediadora hipotética de 400-1250 GeV para piones oscuros que viajan en longitudes de entre 5 y 225 mm antes de que se descompongan. Los resultados son los primeros de una búsqueda dedicada para tales partículas y chorros de mediadores.
