La supersimetría es una extensión del modelo estándar que puede explicar el origen de la materia oscura y allanar el camino hacia una gran teoría unificada de la naturaleza. Para cada partícula del modelo estándar, La supersimetría presenta un nuevo y exótico "supercompañero, "que puede producirse en colisiones protón-protón. La búsqueda de estas partículas es actualmente una de las principales prioridades del programa de física del LHC. Un descubrimiento transformaría nuestra comprensión de los componentes básicos de la materia y las fuerzas fundamentales, conduciendo a un cambio de paradigma en la física similar a cuando la relatividad de Einstein reemplazó a la física newtoniana clásica a principios de los años 20 ^th siglo.

Las partículas supersimétricas (o "espartículas") se agrupan en dos categorías con diferentes propiedades que dependen de la fuerza de sus interacciones con los protones. Las partículas que interactúan fuertemente pueden producirse a velocidades elevadas y dar lugar a eventos energéticos en el detector. Las espartículas que interactúan débilmente se producen a tasas más bajas y conducen a firmas menos llamativas, haciéndolos más difíciles de distinguir de los procesos de fondo del Modelo Estándar.

Dado que la energía de colisión del LHC se incrementó de 8 a 13 billones de electronvoltios (TeV) en la Prueba 2 para mejorar el alcance del descubrimiento, Se ha realizado una amplia variedad de búsquedas de espartículas que interactúan fuertemente. Los resultados nulos en estas búsquedas indican que, si existen, Las espartículas que interactúan fuertemente deben ser muy pesadas, al menos varios cientos de veces más pesadas que el protón. Debido a las menores tasas de producción, se requieren muestras de datos más grandes para sondear espartículas que interactúan débilmente, y se requieren criterios de selección más optimizados para separar la pequeña señal del fondo.

Los físicos de ATLAS presentaron una de las primeras búsquedas de Run 2 de espartículas que interactúan débilmente en la conferencia LHCP 2017. La búsqueda apunta a la producción de espartículas llamadas charginos, neutralinos pesados, y sleptons. Si se produce en el LHC, estas partículas se descompondrían en leptones (electrones o sus primos más pesados, los muones) y partículas estables de materia oscura llamadas neutralinos ligeros. Estos neutralinos de materia oscura llevarían energía invisible ya que no interactúan con el detector, conduciendo a eventos de colisión desequilibrados que parecen violar la conservación del impulso. Este "momento transversal perdido" es la clave que utiliza el detector ATLAS para inferir la producción de partículas de materia oscura.

El análisis seleccionó eventos de colisión que contenían dos o tres electrones y muones y un gran momento transversal perdido. La figura muestra la distribución medida (puntos de datos) del momento transversal faltante en eventos con tres leptones, en comparación con lo esperado del Modelo Estándar (histograma de color). No se observó una desviación significativa de la expectativa. Los resultados se utilizaron para establecer límites estrictos en las espartículas que interactúan débilmente con masas de hasta 1150 mil millones de electronvoltios (GeV), las partículas más pesadas hasta ahora probadas en ATLAS.

Las espartículas que interactúan débilmente pueden haber eludido la detección en esta búsqueda si se producen con velocidades muy pequeñas o no producen mucha energía en el detector. Ambas características se esperan en modelos con higgsinos ligeros, los super-socios del bosón de Higgs. Las búsquedas futuras aprovecharán muestras de datos más grandes para lograr sensibilidad a tasas de producción aún más pequeñas. Se están realizando mejoras en estas búsquedas que emplean umbrales de impulso de leptones reducidos y variables de discriminación de señal frente a fondo para mejorar la sensibilidad a los modelos que producen incluso menos energía en el detector. Un descubrimiento en estas búsquedas podría arrojar luz sobre la naturaleza de la materia oscura y ayudar a resolver el "problema de la jerarquía, "una deficiencia teórica fundamental del Modelo Estándar que conduce a una masa del bosón de Higgs predicha que es unos 16 órdenes de magnitud demasiado grande.