Figura 1:Un confronto della significatività per il segnale più l'ipotesi di fondo (asse verticale) di un modello supersimmetrico scelto ottenuto selezionando gli eventi utilizzando la nuova variabile di significatività ETmiss basata sull'oggetto (linea nera), rispetto alla precedente approssimazione (ETmiss/ET, ciano) o alla selezione degli eventi utilizzando solo l'energia trasversale mancante misurata (ETmiss, malva). Si trova una maggiore significatività per la nuova variabile. Credito:Collaborazione ATLAS/CERN
La materia oscura è un tipo sconosciuto di materia presente nell'universo che potrebbe essere di origine particellare. Uno dei quadri teorici più completi che include un candidato di materia oscura è la supersimmetria. Molti modelli supersimmetrici prevedono l'esistenza di una nuova stabile, particella invisibile chiamata la particella supersimmetrica più leggera (LSP), che ha le proprietà giuste per essere una particella di materia oscura.
La collaborazione ATLAS al CERN ha recentemente riportato due nuovi risultati sulla ricerca di un LSP che ha sfruttato l'intero campione di dati di Run 2 dell'esperimento prelevato a 13 TeV di energia di collisione protone-protone. Le analisi hanno cercato la produzione di coppia di due particelle supersimmetriche pesanti, ognuno dei quali decade in particelle osservabili del Modello Standard e un LSP nel rivelatore.
Identificare l'energia mancante
Una sfida centrale di queste ricerche è che le particelle candidate alla materia oscura sfuggirebbero al rivelatore ATLAS senza lasciare un segnale visibile. La loro presenza può essere dedotta solo attraverso l'entità del momento trasversale mancante dell'urto (E T Perdere ) – uno squilibrio nel momento delle particelle rilevate nel piano perpendicolare ai protoni in collisione. Nel denso ambiente di numerose collisioni sovrapposte generate dal Large Hadron Collider (LHC), può essere difficile separare il vero E T Perdere dal falso E T Perdere originato da una misurazione errata dei detriti visibili della collisione nel rilevatore.
Per risolvere questa difficoltà, ATLAS ha sviluppato una nuova E T Perdere variabile di significatività che quantifica la probabilità che l'E . osservato T Perdere proviene da particelle non rilevabili piuttosto che da oggetti mal misurati. A differenza dei calcoli precedenti basati interamente sulla cinematica degli eventi ricostruita, la nuova variabile considera anche la risoluzione e la probabilità di errata identificazione di ciascuna delle particelle ricostruite utilizzate nel calcolo. Questo aiuta a discriminare in modo più efficace tra eventi con E . genuini e falsi T Perdere , rispettivamente, come mostrato in Figura 1, migliorando così la capacità di ATLAS di identificare e ricostruire parzialmente le particelle di materia oscura.
Figura 2:Limiti di esclusione del 95% sulla produzione di coppie di chargino. La regione ombreggiata in grigio mostra i risultati della prova 1 dell'LHC. I nuovi risultati estendono sostanzialmente i limiti precedenti. Credito:Collaborazione ATLAS/CERN
Applicare nuove tecniche di ricostruzione
Entrambe le nuove ricerche ATLAS implementano questa nuova tecnica di ricostruzione per l'intero set di dati di Run 2. Una ricerca cerca la coppia produzione di charginos (i superpartner carichi dei bosoni) e slepton (superpartner dei leptoni), rispettivamente, che decadono in due elettroni o muoni e danno origine a grandi E T Perdere a causa degli LSP in fuga. Questi segnali sono molto difficili da estrarre in quanto sembrano simili ai processi di bosone del modello standard, dove alcuni (anche se meno) E T Perdere è prodotto da neutrini invisibili. Gli eventi sono stati selezionati con E . alto T Perdere significato insieme a molte altre variabili che aiutano a discriminare il segnale dallo sfondo. In assenza di un significativo eccesso di dati rispetto alle aspettative di fondo, forti limiti sono stati posti agli scenari supersimmetrici considerati, come mostrato in Figura 2.
La seconda nuova ricerca mira alla produzione di coppie di bottom squark supersimmetrici (superpartner dei quark bottom), che decadono entrambi in uno stato finale che coinvolge un bosone di Higgs e un LSP (più un quark b aggiuntivo). Quindi, prendendo di mira il bosone di Higgs decade in due b-quark, come si prevede che si verifichi il 58 percento delle volte, lo stato finale misurato nel rivelatore ATLAS avrebbe una firma univoca:E grande T Perdere associati fino a sei getti di particelle adroniche, originato da b-quark. Ancora, nessun eccesso significativo di dati è stato trovato in questa ricerca.
Entrambi i risultati pongono forti vincoli su importanti scenari supersimmetrici, che guiderà le future ricerche di ATLAS. Ulteriore, forniscono un esempio di come nuove tecniche di ricostruzione possono aiutare a migliorare la sensibilità delle nuove ricerche di fisica all'LHC.
