Figura 1:La massa ricostruita degli eventi candidati selezionati che decadono in bosoni WW o ZZ, con lo stato finale qqqq. I pennarelli neri rappresentano i dati. Le curve blu e verde rappresentano il segnale ipotizzato per due diverse masse. La curva rossa rappresenta i processi del Modello Standard. Credito:Collaborazione ATLAS/CERN
Sebbene la scoperta del bosone di Higgs da parte delle collaborazioni ATLAS e CMS nel 2012 abbia completato il modello standard, molti misteri restano inspiegabili. Ad esempio, perché la massa del bosone di Higgs è molto più leggera del previsto, e perché la gravità è così debole?
Numerosi modelli al di là del Modello Standard tentano di spiegare questi misteri. Alcuni spiegano l'apparente debolezza della gravità introducendo ulteriori dimensioni dello spazio in cui si propaga la gravità. Un modello va oltre, e considera il mondo reale come un universo di dimensioni superiori descritto dalla geometria deformata, che porta a stati gravitoni massicci fortemente interagenti. Altri modelli propongono, Per esempio, altri tipi di bosoni di Higgs.
Tutti questi modelli prevedono l'esistenza di nuove particelle pesanti che possono decadere in coppie di bosoni deboli massicci (WW, WZ o ZZ). La ricerca di tali particelle ha beneficiato notevolmente dell'aumento dell'energia di collisione protone-protone durante la fase 2 del Large Hadron Collider (LHC).
I bosoni W e Z sono particelle portatrici che mediano la forza debole. Decade in altre particelle del Modello Standard, come leptoni carichi (l), neutrini (ν) e quark (q). Queste particelle vengono ricostruite in modo diverso nel rivelatore. quark, ad esempio, sono ricostruiti come spruzzi localizzati di adroni, getti indicati. I due bosoni potrebbero produrre diverse combinazioni di queste particelle negli stati finali. La collaborazione ATLAS ha rilasciato risultati sulle ricerche che coinvolgono tutti i decadimenti rilevanti della coppia di bosoni:ννqq, llqq, lνqq e qqqq (dove il leptone è un elettrone o un muone).
Figura 2:Il limite del rapporto di ramificazione per i tempi della sezione d'urto di ipotetica particella descritto da uno dei modelli per i diversi stati finali. Credito:Il limite del rapporto di ramificazione per i tempi della sezione d'urto di ipotetica particella descritto da uno dei modelli per i diversi stati finali.
Cosa hanno in comune queste ricerche? In ciascun, almeno uno dei bosoni decade in una coppia di quark. Quando la particella ricercata è molto massiccia, i due bosoni dal suo decadimento vengono espulsi con momenti così elevati che i loro rispettivi prodotti di decadimento vengono collimati e la coppia di quark si fonde in un unico grande getto. Questo fenomeno fornisce un mezzo potente per distinguere il nuovo segnale fisico dai processi del Modello Standard ad interazione forte. La Figura 1 mostra le distribuzioni della massa ricostruita della particella candidata. La Figura 2 mostra il limite del rapporto di ramificazione per i tempi della sezione d'urto di un'ipotetica particella descritta da uno dei modelli.
Finora, non è stata osservata alcuna prova di una nuova particella. La ricerca continua con maggiore sensibilità man mano che ATLAS raccoglie più dati.
