På jagt efter toppartneren i topkvarken

Supersymmetri (SUSY) er en af ​​de mest attraktive teorier, der udvider standardmodellen for partikelfysik. SUSY ville give en løsning på flere af standardmodellens ubesvarede spørgsmål, ved mere end at fordoble antallet af elementarpartikler, giver hver fermion en bosonisk partner og omvendt. I mange SUSY -modeller udgør den letteste supersymmetriske partikel (LSP) mørkt stof.

Visse (kaldet "naturlige") SUSY -modeller kan forklare den relativt lette masse af Higgs -bosonen. Natural SUSY kræver, at massen af ​​den supersymmetriske partner for topkvarken - topkvarken - er mindre end omkring tusind gange massen af ​​en proton. Jagten på topkvarken har været en udfordring, som top squark -begivenheder er sjældne og skjult i den overvældende Standard Model -baggrund. Kun ved at indsamle betydelige mængder data fra LHC -proton -protonkollisioner kan ATLAS -fysikere overvinde disse odds.

I marts 2017, ATLAS Collaboration præsenterede nye resultater på søgningen efter top squark-parproduktion i en fuldt hadronic ("0-lepton") kanal ved hjælp af hele tilgængelig dataprøve taget ved 13 TeV-kollisionsenergi i 2015 og 2016. I nye ATLAS-resultater præsenteret på LHCP -konference 2017, søgningen efter topkvarker er blevet udvidet til "1-lepton" -kanalen. Forskellige topkvarkforfald er blevet undersøgt, hvilket alle resulterer i LSP og yderligere Standard Model -partikler. Begivenheder fra "1-lepton" -kanalen er kendetegnet ved flere stråler (en kollimeret partikelspray), en ladet elektron eller muon (en slags tung elektron), og noget "manglende energi" fra LSP, der kun interagerer svagt og dermed ikke er direkte synligt i ATLAS -detektoren.

Denne søgning har udfordringer:hvis masseforskellen mellem topkvarken og den lette SUSY -partikel er tæt på massen af ​​topkvarken, begivenhedens topologi af toppen squark par begivenheder ville meget lig den af ​​top kvark par begivenheder. I tidligere søgninger i "1-lepton" -kanalen, følsomheden over for denne forskel viste sig at være dårlig. I dette nye resultat, imidlertid, maskinlæringsalgoritmer som Boosted Decision Trees, har været brugt i denne region, hvilket fører til væsentligt forbedret følsomhed.

Det seneste ATLAS -resultat (figur 1) viser ingen overbevisende tegn på topkvarken. Dataene kan bruges til at begrænse SUSY -modeller og dermed øge vores viden om denne teori. Eksklusionsgrænser for produktion af topkvarkpar i topkvark og LSP -masseplan er opsummeret i figur 2 for en forenklet SUSY -model, hvor topkvarken henfalder direkte ind i LSP og nogle standardmodelpartikler. Selvom begrænsningerne er strenge, er der stadig plads til topkvarker at skjule.