Figura 1:El segundo evento monojet de impulso transversal perdido más alto en los datos de ATLAS de 2016. Un chorro con una cantidad de movimiento de 1707 GeV se indica mediante las barras verde y amarilla correspondientes a la deposición de energía en los calorímetros electromagnéticos y hadrónicos, respectivamente. El momento transversal faltante de 1735 GeV se muestra como la línea punteada blanca en el lado opuesto del detector. No se encuentran chorros adicionales con un impulso superior a 30 GeV. Crédito:Colaboración ATLAS / CERN
Las observaciones cosmológicas y astrofísicas basadas en interacciones gravitacionales indican que la materia descrita por el Modelo Estándar de física de partículas constituye solo una pequeña fracción de todo el universo conocido. Estas observaciones infieren la existencia de materia oscura, cuales, si está compuesto de partículas, tendría que estar más allá del Modelo Estándar.
Aunque la existencia de materia oscura está bien establecida, su naturaleza y propiedades se encuentran entre los mayores acertijos sin resolver de la física fundamental. Excelentes candidatos para partículas de materia oscura son partículas masivas de interacción débil (WIMP). Estas partículas "invisibles" no pueden detectarse directamente mediante experimentos de colisión como el Experimento ATLAS.
En el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), la mayoría de las colisiones de protones producen aerosoles de partículas energéticas que se agrupan en los llamados "chorros". La conservación del momento requiere que si las partículas se reconstruyen en una parte del detector, tiene que haber partículas que retroceden en la dirección opuesta. Sin embargo, si se producen WIMP, no dejarán rastro en el detector, causando un desequilibrio de impulso llamado "impulso transversal perdido" (E T pierda ). Sin embargo, se puede producir un par de WIMP junto con un quark o gluón que se irradia desde un partón entrante (un componente genérico del protón), produciendo un jet que permite a los investigadores etiquetar estos eventos.
Los chorros + E T pierda La búsqueda analiza los estados finales en los que se produce un chorro de alta energía en asociación con grandes E T pierda . Muchas teorías más allá de las del Modelo Estándar pueden probarse buscando un exceso de eventos con un gran momento transversal faltante en comparación con la expectativa del Modelo Estándar. Entre esas teorías, La supersimetría y las teorías sobre las grandes dimensiones espaciales extra (LED) predicen partículas adicionales que son invisibles para los experimentos de colisionadores. Estas teorías podrían proporcionar una explicación elegante a varias anomalías aún sin resolver en el Modelo Estándar.
Figura 2:Distribución de la cantidad de movimiento transversal faltante después de la selección de chorros + ETmiss en los datos y en las predicciones del modelo estándar. Los diferentes procesos de fondo se muestran en diferentes colores. Los espectros esperados de LED, Los escenarios supersimétricos y WIMP también se ilustran con líneas discontinuas. Crédito:Colaboración ATLAS / CERN
La combinación de técnicas basadas en datos y cálculos teóricos de alta precisión ha permitido a ATLAS predecir los principales procesos de fondo del Modelo Estándar con gran precisión. La forma de la E T pierda El espectro se utiliza para aumentar el potencial de descubrimiento del análisis y aumentar el poder de discriminación entre las señales y el fondo.
La figura muestra el espectro de momento transversal faltante en comparación con la medición con la expectativa del modelo estándar. Dado que no se observa un exceso significativo, el nivel de concordancia entre los datos y la predicción se traduce en límites sobre parámetros desconocidos de la materia oscura, modelos de supersimetría y LED.
En el escenario WIMP, El último análisis que utiliza datos recopilados en 2015 y 2016 en un modelo de interacción específico excluye masas de materia oscura de hasta 440 GeV y mediadores de interacción de hasta 1,55 TeV. Bajo el modelo considerado, estos representan resultados competitivos en comparación con otros experimentos que utilizan diferentes enfoques de detección.
Durante los próximos dos años, el LHC tiene como objetivo aumentar los datos disponibles en un factor de tres. Esta será una oportunidad única para que ATLAS investigue la frontera energética, y los chorros + E T pierda canal tiene el potencial de revisar profundamente nuestra comprensión del universo.