Visualización de un evento candidato para nuevas partículas pesadas que se descomponen en dos electrones en el Experimento ATLAS. Crédito:Colaboración ATLAS / CERN
¿Podría una Gran Teoría Unificada resolver los misterios restantes del Modelo Estándar? Si se verifica, proporcionaría una descripción elegante de la unificación de las fuerzas del Modelo Estándar a muy altas energías, e incluso podría explicar la existencia de materia oscura y masas de neutrinos. Los físicos del Experimento ATLAS en el CERN están buscando evidencia de nuevas partículas pesadas predichas por tales teorías, incluyendo un bosón de calibre Z 'neutro.
La colaboración ATLAS ha publicado su primer resultado utilizando todo su conjunto de datos Large Hadron Collider (LHC) Run 2, recolectados entre 2015 y 2018. Este análisis busca nuevas partículas pesadas que se descomponen en estados finales de dileptones, donde los leptones son dos electrones o dos muones. Este es uno de los decaimientos más sensibles para buscar nueva física, gracias a la excelente resolución de energía e impulso del detector ATLAS para leptones y la fuerte diferenciación de señal a fondo como resultado de la simple firma de dos leptones.
El nuevo resultado de ATLAS también emplea un enfoque novedoso basado en datos para estimar los antecedentes del Modelo Estándar. Si bien el análisis anterior utilizó predominantemente simulaciones para la predicción de fondo y se llevó a cabo con una fracción de los datos, Este nuevo análisis aprovecha el vasto conjunto de datos de la Ejecución 2 ajustando los datos observados con una forma funcional motivada y validada con nuestra comprensión de los procesos del Modelo Estándar que contribuyen a estos eventos. Si está presente, las nuevas partículas aparecerían como protuberancias en la parte superior de una forma de fondo que cae suavemente, haciéndolos fáciles de identificar (ver Figura 2). Esto es similar a una de las formas en que se descubrió el bosón de Higgs en 2012, a través de su desintegración a dos fotones.
Distribución de masa de dielectrones medida para los datos (puntos negros), junto con el resultado total del ajuste de fondo se muestra (línea roja continua), con varias distribuciones de señal Z 'posibles superpuestas (línea roja discontinua). El subpanel muestra la importancia de la desviación entre los datos observados y la predicción de fondo en cada intervalo de la distribución. Crédito:Colaboración ATLAS / CERN
Además de explorar territorios inexplorados en la búsqueda de nueva física, Se ha trabajado mucho en este análisis para comprender el detector ATLAS y colaborar con los distintos grupos de rendimiento del detector para mejorar la identificación de electrones y muones de muy alta energía. Esto incluyó tener en cuenta la multiplicidad de pistas en la parte interior del detector, ya que aumentó continuamente debido al creciente número promedio de colisiones protón-protón por cruce de racimo durante la Prueba 2.
Hasta el momento, no se ha observado ningún signo significativo de nueva física. El resultado establece restricciones estrictas sobre la tasa de producción de varios tipos de partículas Z 'hipotéticas. Además de establecer límites de exclusión en modelos teóricos específicos, el resultado también se ha proporcionado en un formato genérico que permite a los físicos reinterpretar los datos bajo diferentes supuestos teóricos. Este estudio ha profundizado la exploración de la física en la frontera energética; Los físicos de ATLAS están entusiasmados con el análisis adicional del gran conjunto de datos Run 2.
