ATLAS Experiment frigiver første resultat med fuldt LHC Run 2 -datasæt

Kunne en Grand Unified Theory løse de resterende mysterier ved standardmodellen? Hvis verificeret, det ville give en elegant beskrivelse af foreningen af ​​standardmodelkræfter ved meget høje energier, og kan endda forklare eksistensen af ​​mørkt stof og neutrino -masser. Fysikere ved ATLAS -eksperimentet på CERN leder efter beviser for nye tunge partikler forudsagt af sådanne teorier, herunder en neutral Z 'gauge boson.

ATLAS -samarbejdet har frigivet sit allerførste resultat ved hjælp af hele dets Large Hadron Collider (LHC) Run 2 datasæt, indsamlet mellem 2015 og 2018. Denne analyse søger efter nye tunge partikler, der henfalder til dileptons endelige tilstande, hvor leptonerne enten er to elektroner eller to muoner. Dette er en af ​​de mest følsomme forfald til at søge efter ny fysik, takket være ATLAS-detektorens fremragende energi og momentumopløsning for leptoner og den stærke signal-til-baggrund-differentiering som følge af den enkle to-leptonsignatur.

Det nye ATLAS-resultat anvender også en ny datadrevet tilgang til estimering af standardmodelbaggrunden. Mens den tidligere analyse hovedsageligt anvendte simuleringer til baggrundsforudsigelsen og blev udført med en brøkdel af dataene, denne nye analyse drager fordel af det store Run 2 -datasæt ved at tilpasse de observerede data til en funktionel form motiveret af og valideret med vores forståelse af standardmodelprocesserne, der bidrager til disse begivenheder. Hvis det er til stede, de nye partikler ville fremstå som bump oven på en jævnt faldende baggrundsform, gør dem enkle at identificere (se figur 2). Dette ligner en af ​​de måder, hvorpå Higgs -bosonen blev opdaget i 2012, gennem dets henfald til to fotoner.

Ud over at undersøge uudforsket område i søgen efter ny fysik, et stort arbejde i denne analyse er gået i at forstå ATLAS-detektoren og samarbejde med de forskellige detektor-ydelsesgrupper for at forbedre identifikationen af ​​elektroner og muoner med meget høj energi. Dette omfattede regnskab for mangfoldigheden af ​​spor i den indre del af detektoren, da det kontinuerligt steg på grund af det stigende gennemsnitlige antal proton-proton-kollisioner pr. flokovergang under kørsel 2.

Ingen signifikante tegn på ny fysik er blevet observeret hidtil. Resultatet sætter strenge begrænsninger for produktionshastigheden af ​​forskellige typer hypotetiske Z '-partikler. Ud over at fastsætte eksklusionsgrænser for specifikke teoretiske modeller, resultatet er også blevet leveret i et generisk format, der gør det muligt for fysikere at genfortolke dataene under forskellige teoretiske antagelser. Denne undersøgelse har uddybet udforskningen af ​​fysik ved energigrænsen; ATLAS -fysikere er begejstrede for yderligere analyse af det store Run 2 -datasæt.