ATLAS -eksperiment søger efter naturlig supersymmetri ved hjælp af nye teknikker

I nye resultater præsenteret på CERN, ATLAS -eksperimentets søgning efter supersymmetri (SUSY) nåede nye følsomhedsniveauer. Resultaterne undersøger en populær SUSY -udvidelse undersøgt ved Large Hadron Collider (LHC):"Minimal Supersymmetric Standard Model" (MSSM), som inkluderer det mindste nødvendige antal nye partikler og interaktioner for at kunne forudsige LHC -energierne. Imidlertid, selv denne minimale model introducerer en stor mængde nye parametre (masser og andre egenskaber ved de nye partikler), hvis værdier ikke forudsiges af teorien (frie parametre).

For at indramme deres søgning, ATLAS fysikere leder efter "naturlig" SUSY, som antager de forskellige korrektioner til Higgs -massen, der kan sammenlignes i størrelse og deres sum tæt på den elektro svage skala (v ~ 246 GeV). Under dette paradigme, de supersymmetriske partnere i tredje generations kvarker ("top og bund squarks") og gluoner ("gluinos") kunne have masser tæt på TeV-skalaen, og ville blive produceret gennem den stærke interaktion med hastigheder, der var store nok til at kunne observeres ved LHC.

I et nylig CERN LHC -seminar, ATLAS Collaboration præsenterede nye resultater i søgen efter naturlig SUSY, herunder søgninger efter top squarks og gluinos ved hjælp af det fulde LHC Run-2 datasæt indsamlet mellem 2015 og 2018. De nye resultater udforsker tidligere afdækkede, udfordrende områder i det frie parameterrum. Dette opnås takket være nye analyseteknikker, der forbedrer identifikationen af ​​partikler med lav energi ("blød") og høj energi ("boostet") i den endelige tilstand.

ATLAS 'søgning efter topkvarker blev udført ved at vælge proton -protonkollisioner indeholdende op til en elektron eller muon. For topkvarkmasser mindre end topkvarkmassen på 173 GeV (se figur 1), de resulterende henfaldsprodukter har en tendens til at være bløde og derfor vanskelige at identificere. Fysikere udviklede nye teknikker baseret på sporing af ladede partikler for bedre at identificere disse henfaldsprodukter, forbedrer dermed den eksperimentelle følsomhed markant. For større top-squark masser, henfaldsprodukterne boostes, resulterer i høj energi, nærliggende forfaldsprodukter. Fysikere forbedrede søgningen i dette regime ved at bruge, blandt andre teknikker, mere præcise estimater af den statistiske signifikans af det manglende tværgående momentum i en kollision.

Den nye søgning efter gluinos kigger på begivenheder, der indeholder otte eller flere "jetfly" - kollimerede sprøjter af hadroner - og mangler tværgående momentum, der genereres ved produktion af stabile neutralinos i gluino -henfaldene, hvilken, ligner neutrinoer, ikke registreres direkte af ATLAS. Fysikere anvendte nye genopbygningsteknikker til at forbedre jeternes energiopløsning og den manglende tværgående momentum, giver dem mulighed for bedre at adskille det formodede signal fra baggrundsprocesser. Disse drager fordel af "partikelstrøm" jetalgoritmer, der kombinerer information fra både sporingsdetektoren og kalorimetersystemet.

ATLAS-fysikere optimerede også deres kriterier for valg af begivenheder for at øge bidraget fra mulige SUSY-signaler sammenlignet med standardmodelens baggrundsprocesser. Der blev ikke observeret overskud i dataene. Resultaterne blev brugt til at udlede udelukkelsesgrænser for MSSM-inspirerede forenklede modeller med hensyn til gluino, top-squark og neutralino-masser (se figur 2).

De nye analyser udvider følsomheden af ​​søgningerne betydeligt og begrænser yderligere det tilgængelige parameterrum for naturlig SUSY. Ekskluderingen af ​​tunge topkvarker forlænges fra 1 til 1,25 TeV. Søgningen fortsætter.