Opis projektu
Rozwój badań nad poszukiwaniem aksjonów
Aksjony i cząstki przypominające aksjony stanowią hipotetyczne cząstki elementarne, które są bardzo dobrze umocowane w teoriach, pozwalają bowiem wyjaśnić zachowanie symetrii CP w oddziaływaniach silnych, stanowią jedno z rozwiązań zagadki ciemnej materii, a także mogą stanowić wyjaśnienie tzw. anomalii g–2 dla mionu. Nieustannie trwają badania doświadczalne ukierunkowane na poszukiwanie cząsteczek przypominających aksjony, pełniących rolę ciemnej materii, które w ostatnich latach zyskały na intensywności. Żadne z tych badań nie pozwoliło jednak na wykrycie cząsteczek, które wyjaśniałyby anomalie niskoenergetyczne, takie jak g-2. W ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu LightAtLHC naukowcy zamierzają wykorzystać nowatorskie metody poszukiwania cząsteczek przypominających aksjony na podstawie danych zgromadzonych dzięki Wielkiemu Zderzaczowi Hadronów. Sukces naukowców pozwoli na wykluczenie najbardziej obiecujących modeli cząsteczek przypominających aksjony w zakresie masy od 10 MeV do 1 TeV bądź odkrycie nowej cząstki elementarnej.
Cel
Axions and other very light axion-like particles (ALPs) appear in many extensions of the Standard Model and are well motivated theoretically: ALPs can solve the well-known strong CP problem, act as a dark matter candidate and could also explain the famous muon (g-2) discrepancy. The experimental effort to search for ALPs as dark matter candidates is ongoing and has been considerably intensified in recent years, leading to the proposal and construction of a wide range of dedicated experiments. However, none of these dedicated experiments is sensitive to those ALPs that can explain low-energy anomalies such as (g-2). I propose therefore to pioneer an alternative search strategy for axion-like particles via their decay into two photons, using data collected at the Large Hadron Collider. This approach requires fundamental innovations on the photon identification capabilities of the current detectors as well as radically new analysis strategies.
Within the LightAtLHC project, I will study proton-proton and lead-lead collisions, collected during LHC Run-3, and search for Higgs Boson decays in two ALPs as well as the direct production of ALPs via photon fusion and their subsequent decay into two low-energy photons. To achieve the required sensitivity, I will develop highly specialized photon reconstruction algorithms for the ATLAS detector.
These efforts will largely cover the relevant parameter space, leaving out only a small region. To also close this gap, I will extend the upcoming FASER experiment at the LHC by an innovative presampler detector, which allows for an unambiguous ALPs detection. By the end of the LightAtLHC project, I can either rule out the most promising ALP models in a mass range from 10 MeV to 1 TeV, or discover a new elementary particle.
Dziedzina nauki
- natural sciencesphysical sciencestheoretical physicsparticle physicsparticle accelerator
- natural sciencesphysical sciencesastronomyastrophysicsdark matter
- natural sciencesphysical sciencestheoretical physicsparticle physicshiggs bosons
- natural sciencesphysical sciencestheoretical physicsparticle physicsphotons
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-COG - Consolidator GrantInstytucja przyjmująca
55122 Mainz
Niemcy