Alla conferenza Moriond 2017, l'esperimento ATLAS al CERN ha presentato i suoi primi risultati esaminando i dati combinati di LHC 2015/2016. Grazie alle eccezionali prestazioni del complesso di acceleratori del CERN, questo nuovo set di dati è quasi tre volte più grande di quello disponibile presso ICHEP, l'ultima grande conferenza sulla fisica delle particelle tenutasi nell'agosto 2016.

Il significativo aumento del volume di dati ha notevolmente migliorato la sensibilità di ATLAS a possibili nuove particelle previste da teorie oltre il modello standard. Allo stesso tempo, ha inoltre consentito ai fisici di ATLAS di eseguire misurazioni precise delle proprietà delle particelle conosciute del Modello Standard.

La ricerca della supersimmetria

La supersimmetria (SUSY) è stata a lungo considerata un precursore per risolvere una serie di misteri lasciati inspiegabili dal Modello Standard, compresa la grandezza della massa del bosone di Higgs e la natura della materia oscura. Tra i nuovi risultati chiave presentati a Moriond c'erano le prime ricerche di particelle SUSY utilizzando il nuovo set di dati. Questi nuovi risultati ATLAS, insieme a quelli dell'esperimento CMS, fornire i test più impegnativi della teoria SUSY effettuati finora.

Le ricerche di particelle "squark" e "gluino" che decadono in particelle del modello standard non hanno rivelato prove della loro esistenza, e hanno fissato limiti alle masse di queste particelle che si estendono, per la prima volta, fino a 2 TeV. Cerca particelle "top squark", la cui esistenza è cruciale se SUSY vuole spiegare la massa del bosone di Higgs, inoltre non sono state riscontrate deviazioni dai processi previsti dal Modello Standard.

È stata inoltre presentata una nuova ricerca di particelle "chargino" di lunga durata. Questa ricerca utilizza il rilevatore ATLAS Insertable B-Layer (IBL) installato durante l'arresto del 2014 di LHC. L'IBL è un nuovo componente dell'hardware per il rilevamento di particelle cariche ATLAS a una distanza di soli 3,3 cm dal tubo del fascio di LHC. La nuova ricerca cerca tracce "scomparse" create da charginos che attraversano l'IBL prima di decadere in materia oscura invisibile. Non è stata trovata alcuna prova di tali tracce, vincolando in modo significativo una vasta classe di modelli SUSY. Anche una ricerca alternativa di nuove particelle di lunga durata che decadono in particelle cariche attraverso la firma di vertici di decadimento spostati ha trovato che i dati erano coerenti con le aspettative del Modello standard.

Esplorazioni esotiche

Oltre alle ricerche di particelle SUSY, ATLAS ha riportato una serie di nuovi risultati nella ricerca di forme "esotiche" al di là della fisica del Modello Standard. Ricerca di nuove particelle pesanti che decadono in coppie di getti (quindi sensibili a una possibile sottostruttura di quark) oa un bosone di Higgs e un bosone W o Z impostano vincoli sulle masse di queste nuove particelle esotiche fino a 6 TeV.

Sono state segnalate anche ricerche per la produzione di particelle di materia oscura. Questi esaminano gli eventi in cui le particelle del Modello Standard, come fotoni o bosoni di Higgs, rinculo contro le particelle invisibili della materia oscura per generare una proprietà evento chiamata energia trasversale mancante. Ancora, i dati erano coerenti con le aspettative dei processi del Modello Standard.

Inoltre, una ricerca di un partner pesante del bosone W (un bosone W'), previsto da molte estensioni del Modello Standard, è stata effettuata con il nuovo set di dati. In assenza di evidenza di un segnale, la ricerca ha posto nuovi limiti alla massa W' fino a 5,1 TeV.

Il raro Higgs decade

Dopo la scoperta del bosone di Higgs nel 2012, una componente importante del programma di fisica ATLAS è stata dedicata alla misurazione delle sue proprietà e alla ricerca di processi rari per cui potrebbe decadere. Queste analisi sono fondamentali per stabilire se il bosone di Higgs osservato da ATLAS è quello previsto dal Modello Standard, o se è invece la prima prova di una nuova fisica.

La collaborazione ATLAS ha presentato una nuova ricerca per un processo raro in cui il bosone di Higgs decade in coppie di muoni. L'osservazione di questo processo al di sopra del tasso previsto dal Modello Standard potrebbe fornire prove per la nuova fisica. Nessuna prova è stata vista tuttavia, consentendo di fissare limiti alla probabilità di decadimento di 2,7 volte l'aspettativa del Modello Standard. Questo limite sonda (e dimostra) la previsione fondamentale del Modello Standard di diversi accoppiamenti bosone-leptone di Higgs per diverse generazioni di leptoni.

Misure del modello standard

Analizzando i dati presi nel 2012, la collaborazione ATLAS ha presentato una serie di misurazioni della produzione e delle proprietà delle particelle conosciute del modello standard. Tra questi c'era un risultato importante per il programma LHC:la prima misurazione della massa del bosone W da parte dell'esperimento ATLAS. Misurato con una precisione di 19 MeV, il risultato rivaleggia con il miglior risultato precedente di un singolo esperimento. La misura fornisce un eccellente test del Modello Standard tramite le cosiddette correzioni virtuali attraverso l'interazione tra il bosone W, masse del quark top e del bosone di Higgs, tutto misurato con precisione da ATLAS.

Un altro nuovo risultato chiave è stata una misurazione delle proprietà di decadimento dei mesoni Bd che decadono in un mesone K* e due muoni. Le collaborazioni LHCb e Belle avevano precedentemente riportato prove di un eccesso rispetto alle aspettative del modello standard in un particolare parametro di decadimento, P5'. La nuova misura ATLAS fornisce anche evidenza di un modesto eccesso, anche se con significative incertezze statistiche. L'analisi del nuovo set di dati dovrebbe consentire di ottenere un quadro più chiaro di questo processo.

Inoltre, ATLAS ha presentato nuove misurazioni precise della produzione e delle proprietà delle coppie di fotoni in collisioni da 8 TeV. Questo risultato rappresenta un'importante aggiunta alla nostra comprensione della cromodinamica quantistica (QCD), la teoria del Modello Standard della forza forte.

La ricerca continua

Sebbene non sia stata ancora trovata alcuna prova per una nuova fisica, questi nuovi risultati hanno fornito un input cruciale ai nostri modelli teorici e hanno notevolmente migliorato la nostra comprensione del Modello Standard. Possiamo aspettarci ulteriori risultati utilizzando il nuovo set di dati nei prossimi mesi. Inoltre, con LHC destinato a continuare le sue eccellenti prestazioni nel 2017, ATLAS può aspettarsi una sensibilità ancora maggiore nei risultati a venire.