Livssøgning efter supersymmetriske partikler ved CERN

Et team af forskere ved University of Chicago begyndte for nylig på jagt efter et liv - eller rettere sagt, en søgning efter levetiden for supersymmetriske partikler med lang levetid.

Supersymmetri er en foreslået teori om at udvide standardmodellen for partikelfysik. Ligner det periodiske system med elementer, Standardmodellen er den bedste beskrivelse, vi har for subatomære partikler i naturen og de kræfter, der virker på dem.

Men fysikere ved, at denne model er ufuldstændig - den giver ikke plads til tyngdekraften eller mørkt stof, for eksempel. Supersymmetri sigter mod at færdiggøre billedet ved at parre hver standardmodelpartikel med en supersymmetrisk partner, åbner en ny klasse af hypotetiske partikler at opdage og opdage. I en ny undersøgelse, UChicago -fysikere har afdækket begrænsninger for, hvilke egenskaber disse superpartnere, hvis de findes, kunne have.

"Supersymmetri er virkelig den mest lovende teori, vi har om at løse så mange problemer som muligt i standardmodellen, "sagde Tova Holmes, adjunkt ved University of Tennessee, Knoxville, der arbejdede på forsøget som postdoktor ved UChicago. "Vores arbejde passer ind i en større indsats hos Large Hadron Collider for at genoverveje, hvordan vi søger efter ny fysik."

Den store Hadron Collider, beliggende i Europa ved CERN, fremskynder protoner til næsten lysets hastighed, før de tvinges til at kollidere. Disse proton-proton-kollisioner producerer en lang række yderligere partikler, hvor forskere håber at finde ny fysik.

"Men hos Large Hadron Collider, nye fysikbegivenheder er ekstremt sjældne og vanskelige at identificere i resterne af kolliderende partikler, "sagde prof. Young-Kee Kim, formand for UChicago fysikafdeling og medforfatter af undersøgelsen, en indsats udelukkende ledet af kvinder.

UChicago -teamet søgte efter fremstilling af soveværelser - hypotetiserede superpartnere af den eksisterende elektron, muon, og tau leptons - ved hjælp af data indsamlet i ATLAS, en partikeldetektor på CERN. I den testede supersymmetri -model, søvnløb er teoretiseret til at have lang levetid, hvilket betyder, at de kan rejse langt, før de forfalder til noget, der kan påvises af ATLAS.

"En af måderne vi kan savne ny fysik på er, hvis partiklen ikke forfalder hurtigt, når den produceres, "sagde Holmes." Typisk, vi er blinde for langlivede partikler i vores søgninger, fordi vi stort set skærer alt ud, der ikke ligner et standard promptforfald i vores detektor. "

Sleptons forventes i sidste ende at forfalde til deres faste leptonpartnere. Men i modsætning til konventionelle henfald, disse leptoner vil blive fortrængt, hvilket betyder, at de ikke vil pege tilbage på det originale proton-proton-kollisionspunkt. Det var denne unikke egenskab, som fysikerne jagtede.

I fire års indsamlede ATLAS -data, imidlertid, UChicago -forskere fandt ingen fortrængte leptonhændelser. Denne mangel på opdagelse gav dem mulighed for at fastsætte det, der kaldes en grænse, udelukker en række masser og levetider, som langlivede sovende kan have.

"Vi er mindst 95% sikre på, at skulle en slepton i denne model eksistere, den har ikke masser og levetid i de skyggefulde dele af dette plot, "sagde Lesya Horyn, nyligt præget ph.d. fra UChicago, der for nylig afsluttede sin afhandling om denne måling.

Skuffer et null resultat holdet? Slet ikke.

"At finde ingenting fortæller dig så meget, "Horyn sagde. Da han vidste, at langlivede sovepladser ikke har bestemte masser, og livstid informerer forskere om, hvor de skal fokusere fremtidige søgninger.

"Fra mit synspunkt, denne søgning var den første ting teoretikere opfordrede til at have dækket, "Sagde Holmes." Det virkede som om vi kunne gøre det - og det gjorde vi! "

Resultatet har givet teamet energi til at skubbe grænserne endnu mere. På et tidspunkt i det næste årti, Large Hadron Collider vil gå ind i sin periodiske nedlukning, efterlader rigelig tid til at opgradere ATLAS hardware.

"Dette var et første pas ved analysen, så der er helt sikkert steder at forbedre sig, "Sagde Horyn.

En presserende opgradering vil være en fornyelse af triggersystemet, som vælger, om begivenheder skal gemmes eller smides væk. Udløseren er i øjeblikket optimeret til at lagre henfald fra kortlivede partikler, ikke de langlivede sovepladser, der er centrale i denne supersymmetri-søgning.

Flere umiddelbare forbedringer kan foretages uden at vente på lukningen.

"Fremtidige trin kan omfatte søgning efter den samme model ved hjælp af mere robuste data fra de næste kørsler af Large Hadron Collider, "sagde Xiaohe Jia, en kandidatstuderende ved Harvard, der arbejdede på eksperimentet som UChicago -studerende. En anden rute at udforske, hun sagde, kunne bruge lignende teknikker til at udvide den langlivede partikelsøgning ud over bare søvn.

For nu, færdiggørelsen af ​​standardmodellen forbliver et mysterium, men teamet er stolte over at have ført en første søgning efter denne supersymmetri -model i ATLAS.

"At opdage ny fysik er som at finde en nål i en høstak, "Sagde Kim." Selvom vi ikke kunne se noget i de aktuelle data, der er stor mulighed for fremtiden! "