ATLAS-eksperiment søger ny indsigt i standardmodellen

Lige siden LHC kolliderede sine første protoner i 2009, ATLAS Collaboration har vedvarende studeret deres interaktioner med stigende præcision. Til denne dag, det har altid observeret, at de er som forventet af standardmodellen. Selvom det forbliver ubestridt, fysikere er overbeviste om, at der skal eksistere en bedre teori for at forklare visse grundlæggende spørgsmål:Hvad er det mørke stofs natur? Hvorfor er tyngdekraften så svag i forhold til de andre kræfter?

Svar kan findes ved at se på en meget sjælden proces, som tidligere aldrig var blevet undersøgt af ATLAS:interaktionen mellem fire bosoner, hvis signatur er tilstedeværelsen af ​​en Z boson, en foton og to højenergistråler. Dette er en glimrende sonde i den elektriske svage sektor i standardmodellen og er meget følsom over for nye fysikmodeller. Imidlertid, denne proces er meget vanskelig at opdage, i betragtning af dens sjældenhed og det store antal forskellige processer, der kan efterligne dens signatur (kendt som "baggrund"). Hovedbaggrunden kommer fra produktionen af ​​en Z boson og en foton ledsaget af to stråler, hvilken, i modsætning til den elektrosvage proces, vi er interesseret i, produceres via stærke interaktioner.

Dette fører til forskelle i kinematikken for de observerede jetfly, som er beskrevet i et nyligt indsendt papir til Journal of High Energy Physics , hvor ATLAS præsenterer en søgning efter sådanne hændelser ved hjælp af 8 TeV -data. Ved at bruge viden om, at de tilbagevendende kvarker vil producere jetfly, der har en meget stor invariant masse og er vidt adskilt i detektoren, ATLAS har været i stand til at reducere baggrunden og afbøde de store eksperimentelle usikkerheder for at udtrække signalet.

Baggrunden undertrykkes ved at vælge begivenheder, hvor de to jetfly har en invariant masse større end 500 GeV. Signalet og hovedbaggrunden adskilles yderligere ved at kvantificere Z-fotonystemets centralitet med hensyn til de to stråler. Begivenheder med lav centralitet er mere tilbøjelige til at blive produceret via den svage signalproces, mens dem med høj centralitet er mere tilbøjelige til at komme fra stærke interaktioner. Dette er illustreret i figur 1 (a), hvor et lille overskud af hændelser over den forudsagte baggrund observeres, med en statistisk signifikans på 2σ.

Centraliteten bruges til at måle hændelseshastigheden (tværsnittet) af signalet alene, og af summen af ​​signalet og hovedbaggrunden. Begge viste sig at være i overensstemmelse med standardmodels forudsigelser inden for den store statistiske usikkerhed. Uregelmæssigheder på koblingen af ​​fire bosoner er også blevet søgt efter, ved at se på halen af ​​fotonens tværgående energispektrum, der kan forstærkes af nye fysikbidrag (blå stiplet linje i figur 1(b)). Der er ikke set nogen afvigelse fra standardmodellen, og der er sat strenge grænser for tilstedeværelsen af ​​ny fysik i denne region.

Standardmodellen vil fortsat bevare sine hemmeligheder ... indtil det næste sæt resultater.