Simulazione ATLAS che mostra un'ipotetica nuova particella carica (χ1+) che attraversa i quattro strati del sistema di pixel e decade in una particella neutra invisibile (χ10) e un pione non rilevato (π+). I quadrati rossi rappresentano le interazioni delle particelle con il rivelatore. Credito:Collaborazione ATLAS/CERN
La natura ha sorpreso i fisici molte volte nella storia e sicuramente lo farà ancora. Perciò, i fisici devono mantenere una mente aperta quando cercano fenomeni oltre il Modello Standard.
Alcune teorie prevedono l'esistenza di nuove particelle che vivono per un tempo molto breve. Queste particelle decadrebbero in particelle note che interagiscono con i sofisticati "occhi" dell'esperimento ATLAS al CERN. Però, questo potrebbe non essere il caso. Un'alternativa sempre più popolare è che alcune di queste nuove particelle possono avere masse molto vicine tra loro, e quindi percorrerebbe una certa distanza prima di decadere. Ciò consente l'intrigante possibilità di direttamente osservando un nuovo tipo di particella con l'esperimento ATLAS, piuttosto che ricostruirlo attraverso i suoi prodotti di decadimento come fanno i fisici ad esempio per il bosone di Higgs.
Uno scenario interessante prevede l'esistenza di una nuova particella caricata elettricamente, un chargino (χ 1 ± ), che può vivere abbastanza a lungo da viaggiare poche decine di centimetri prima di decadere in una particella invisibile neutra che interagisce debolmente, un neutralino (χ 1 0 ). Nel decadimento verrebbe prodotto anche un pione carico ma, per la massa molto simile del chargino e del neutralino, la sua energia non sarebbe sufficiente per essere rilevata. Come mostrato nella Figura 1, le simulazioni prevedono una firma abbastanza spettacolare di una particella carica che "scompare" a causa dei prodotti di decadimento non rilevati.
Il numero di brevi tracce ricostruite (tracklet) in funzione del loro momento trasversale (pT). I dati ATLAS (punti neri) sono confrontati con il contributo previsto dalle fonti di fondo (la linea continua grigia mostra il totale). Una nuova particella apparirebbe come un contributo aggiuntivo a grande pT, come mostrato ad esempio dalla linea rossa tratteggiata. Il pannello inferiore mostra il rapporto tra i dati e le previsioni in background. La banda di errore mostra l'incertezza dell'aspettativa di fondo comprese le incertezze statistiche e sistematiche. Credito:Collaborazione ATLAS/CERN
I fisici di ATLAS hanno sviluppato algoritmi dedicati per osservare direttamente le particelle cariche che viaggiano a soli 12 centimetri dalla loro origine. Grazie al nuovo Insertable B-Layer nell'esperimento ATLAS, questi algoritmi mostrano prestazioni migliorate ricostruendo tali particelle cariche che non vivono abbastanza a lungo da interagire con altri sistemi di rilevamento. Finora, l'abbondanza e le proprietà delle particelle osservate sono in accordo con quanto atteso da processi di fondo noti.
I nuovi risultati presentati alla conferenza Moriond Electroweak del 2017 fissano limiti molto rigorosi sulla massa che tali particelle possono avere, se esistono. Questi limiti limitano gravemente un tipo importante di materia oscura di supersimmetria. Sebbene non sia stata osservata alcuna nuova particella, I fisici di ATLAS continuano la ricerca di questo "arco perduto". Rimani sintonizzato!
