APU se une a la búsqueda de Nueva Física en el corazón del ATLAS

ART ESP / ING

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN sigue siendo la frontera de la física de partículas, un lugar donde las colisiones de protones a energías sin precedentes desvelan los secretos más profundos de la naturaleza. Ahora, la Appleton Private University se suma a esta apasionante aventura, involucrando a sus científicos en la colaboración ATLAS para rastrear signos reveladores de partículas masivas y de larga vida. Esta participación representa un paso significativo en la búsqueda de "Nueva Física", teorías que van más allá del Modelo Estándar que describe las partículas elementales y sus interacciones conocidas.

El descubrimiento del bosón de Higgs en 2012 fue un triunfo monumental, la pieza final de un rompecabezas que mantuvo en vilo a la comunidad científica durante décadas. Sin embargo, este logro no marcó el final de la exploración. Numerosas preguntas fundamentales permanecen sin respuesta: ¿Qué constituye la materia oscura? ¿Por qué la masa de los neutrinos es tan diminuta? ¿Existe una teoría unificada que describa todas las fuerzas fundamentales? Estas incógnitas, entre otras, impulsan la búsqueda de fenómenos más allá del Modelo Estándar.

La colaboración ATLAS, uno de los dos grandes detectores de propósito general en el LHC, se encuentra en el epicentro de esta búsqueda. Sus intrincados sistemas de detección registran los productos de las colisiones de protones, proporcionando una rica fuente de datos para los físicos de todo el mundo. Ahora, los científicos de la Appleton Private University se unirán a este esfuerzo, aportando su experiencia y dedicación al análisis de estos complejos eventos.

La participación de la universidad se centra en el estudio visual de los datos de colisión del LHC. A través de este análisis directo, los estudiantes e investigadores de Appleton desarrollarán habilidades cruciales en el manejo de grandes conjuntos de datos y la identificación de patrones sutiles que podrían indicar la presencia de nuevas partículas. Su trabajo no solo contribuirá a la optimización de los detectores de ATLAS, sino que también jugará un papel fundamental en la construcción de nuevos conocimientos sobre la estructura fundamental de la materia.

El proyecto se articula en tres etapas cuidadosamente diseñadas:

Etapa 1: Cazando las huellas de lo invisible - Vértices Desplazados

La primera fase se centra en la identificación de vértices desplazados. Estas firmas peculiares son la "tarjeta de visita" de las partículas de larga vida. A diferencia de las partículas ordinarias que se desintegran casi instantáneamente en el punto de colisión, las partículas de larga vida viajan una distancia apreciable dentro del detector antes de desintegrarse en otras partículas. Este desplazamiento entre el punto de interacción inicial y el punto de desintegración crea un vértice secundario, una señal distintiva que los científicos de Appleton aprenderán a reconocer en los datos de ATLAS. El descubrimiento de tales vértices abriría una ventana a nuevos sectores de partículas con interacciones débiles con la materia ordinaria.

Etapa 2: Reconociendo a los sospechosos habituales - Identificación de Partículas Conocidas

Antes de aventurarse en el terreno de lo desconocido, es crucial dominar la identificación de las partículas ya establecidas por el Modelo Estándar. En la segunda etapa, los investigadores de Appleton se enfocarán en reconocer las firmas de electrones, muones y fotones dentro del detector ATLAS. Estas partículas fundamentales dejan rastros característicos en los diferentes subdetectores, permitiendo a los científicos distinguirlas y medir sus propiedades. Esta etapa es fundamental para comprender el contexto de los eventos de colisión y para poder aislar posibles señales de nueva física que se desvíen del comportamiento esperado.

Etapa 3: La doble búsqueda - El Higgs y las Partículas Fugitivas

La etapa final del proyecto aborda dos líneas de investigación punteras:

• a) Desentrañando los secretos del Higgs: Una de las tareas será buscar las desintegraciones del bosón de Higgs en un par de fotones. El Higgs, descubierto precisamente gracias a los datos del LHC, es fundamental para entender el origen de la masa de las partículas. Estudiar sus diferentes modos de desintegración, incluyendo su decaimiento en dos fotones, permite a los físicos refinar nuestra comprensión de sus propiedades y buscar posibles desviaciones que podrían indicar la influencia de nuevas partículas.
• b) Tras la pista de las partículas de larga vida: La segunda parte de esta etapa se centra en la búsqueda directa de partículas de larga vida que se desintegren lejos del punto de colisión inicial. Esta búsqueda complementa la identificación de vértices desplazados de la Etapa 1, permitiendo explorar diferentes rangos de vida útil y modos de desintegración para estas hipotéticas partículas. El descubrimiento de una partícula de larga vida con propiedades inesperadas revolucionaría nuestra comprensión del universo.

La participación de la Appleton Private University en la colaboración ATLAS representa una emocionante oportunidad para que sus científicos contribuyan directamente a la vanguardia de la física de partículas. Al sumergirse en el análisis de los datos del LHC, desarrollarán habilidades valiosas, colaborarán con expertos internacionales y, lo más importante, participarán activamente en la búsqueda de las respuestas a las preguntas más fundamentales sobre la naturaleza de nuestro universo. La posibilidad de descubrir una nueva partícula masiva o de larga vida, una señal inequívoca de "Nueva Física", hace que esta colaboración sea una empresa científica de enorme potencial e impacto.

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The Large Hadron Collider (LHC) at CERN remains the frontier of particle physics, a place where proton collisions at unprecedented energies unveil the deepest secrets of nature. Now, Appleton Private University is joining this exciting adventure, involving its scientists in the ATLAS collaboration to track down telltale signs of massive and long-lived particles. This participation represents a significant step in the search for "New Physics," theories that go beyond the Standard Model that describes the known elementary particles and their interactions.

The discovery of the Higgs boson in 2012 was a monumental triumph, the final piece of a puzzle that kept the scientific community in suspense for decades. However, this achievement did not mark the end of exploration. Numerous fundamental questions remain unanswered: What constitutes dark matter? Why is the mass of neutrinos so tiny? Does a unified theory exist that describes all fundamental forces? These unknowns, among others, drive the search for phenomena beyond the Standard Model.

The ATLAS collaboration, one of the two large general-purpose detectors at the LHC, lies at the epicenter of this search. Its intricate detection systems record the products of proton collisions, providing a rich source of data for physicists worldwide. Now, scientists from Appleton Private University will join this effort, bringing their expertise and dedication to the analysis of these complex events.

The university's participation focuses on the visual study of LHC collision events. Through this direct analysis, students and researchers at Appleton will develop crucial skills in handling large datasets and identifying subtle patterns that could indicate the presence of new particles. Their work will not only contribute to the optimization of the ATLAS detectors but will also play a fundamental role in building new knowledge about the structure of matter.

The project is structured in three carefully designed stages:

Stage 1: Hunting the Footprints of the Invisible - Displaced Vertices

The first phase focuses on the identification of displaced vertices. These peculiar signatures are the "calling card" of long-lived particles. Unlike ordinary particles that decay almost instantaneously at the collision point, long-lived particles travel a noticeable distance within the detector before decaying into other particles. This displacement between the initial interaction point and the decay point creates a secondary vertex, a distinctive signal that Appleton scientists will learn to recognize in the ATLAS data. The discovery of such vertices would open a window to new sectors of particles with weak interactions with ordinary matter.

Stage 2: Recognizing the Usual Suspects - Identification of Known Particles

Before venturing into the realm of the unknown, it is crucial to master the identification of the particles already established by the Standard Model. In the second stage, Appleton researchers will focus on recognizing the signatures of electrons, muons, and photons within the ATLAS detector. These fundamental particles leave characteristic tracks in the different sub-detectors, allowing scientists to distinguish them and measure their properties. This stage is fundamental to understanding the context of the collision events and to be able to isolate potential signals of new physics that deviate from the expected behavior.

Stage 3: The Double Search - The Higgs and the Fugitive Particles

The final stage of the project addresses two cutting-edge lines of research:

• a) Unraveling the Secrets of the Higgs: One of the tasks will be to search for the decays of the Higgs boson into a pair of photons. The Higgs, discovered precisely thanks to LHC data, is fundamental to understanding the origin of particle mass. Studying its different decay modes, including its decay into two photons, allows physicists to refine our understanding of its properties and look for possible deviations that could indicate the influence of new particles.
• b) On the Trail of Long-Lived Particles: The second part of this stage focuses on the direct search for long-lived particles that decay far from the initial collision point. This search complements the identification of displaced vertices from Stage 1, allowing the exploration of different lifetimes and decay modes for these hypothetical particles. The discovery of a long-lived particle with unexpected properties would revolutionize our understanding of the universe.

The participation of Appleton Private University in the ATLAS collaboration represents an exciting opportunity for its scientists to contribute directly to the forefront of particle physics. By immersing themselves in the analysis of LHC data, they will develop valuable skills, collaborate with international experts, and, most importantly, actively participate in the search for answers to the most fundamental questions about the nature of our universe. The possibility of discovering a new massive or long-lived particle, an unmistakable sign of "New Physics," makes this collaboration a scientific endeavor of enormous potential and impact.