Quarks são as menores partículas que conhecemos. Na verdade, de acordo com o modelo padrão de física de partículas, que descreve todas as partículas conhecidas e suas interações, quarks devem ser infinitamente pequenos. Se isso não for incompreensível o suficiente, entrar em quarks escuros - partículas hipotéticas que foram propostas para explicar a matéria escura, uma forma invisível de matéria que preenche o universo e mantém a Via Láctea e outras galáxias juntas.

Em um estudo recente, a colaboração CMS descreve como filtrou os dados do Large Hadron Collider (LHC) para tentar detectar quarks escuros. Embora a pesquisa tenha resultado de mãos vazias, permitiu que a equipe se aproximasse mais das partículas-mãe das quais os quarks escuros podem se originar.

Uma teoria convincente estende o modelo padrão para explicar por que as densidades de massa observadas da matéria normal e da matéria escura são semelhantes. Ele faz isso invocando a existência de quarks escuros que interagem com quarks comuns por meio de uma partícula mediadora. Se tais partículas mediadoras fossem produzidas em pares em uma colisão próton-próton, cada partícula mediadora do par se transformaria em um quark normal e um quark escuro, ambos produziriam um spray, ou "jato", de partículas chamadas hádrons, composto de quarks ou quarks escuros. No total, haveria dois jatos de hádrons regulares originados do ponto de colisão, e dois jatos "emergentes" que emergiriam a uma distância do ponto de colisão porque os hádrons escuros levariam algum tempo para se decompor em partículas visíveis.

Em seu estudo, os pesquisadores do CMS analisaram dados de colisões próton-próton coletados no LHC a uma energia de 13 TeV para procurar instâncias, ou "eventos", em que tais partículas mediadoras e jatos emergentes associados podem ocorrer. Eles usaram dois recursos distintos para identificar jatos emergentes e selecioná-los em um cenário de eventos que devem imitar suas características.

A equipe não encontrou evidências fortes da existência de tais jatos emergentes, mas os dados permitiram que eles excluíssem massas para a partícula mediadora hipotética de 400-1250 GeV para píons escuros que viajam por comprimentos entre 5 e 225 mm antes de decair. Os resultados são os primeiros de uma pesquisa dedicada por tais partículas e jatos mediadores.