Figura 1:Una comparación de la significación de la hipótesis de señal más fondo (eje vertical) de un modelo supersimétrico elegido obtenido mediante la selección de eventos utilizando la nueva variable de significación ETmiss basada en objetos (línea negra), en comparación con la aproximación anterior (ETmiss / ET, cian) o para seleccionar eventos usando solo la energía transversal faltante medida (ETmiss, color de malva). Se encuentra una mayor significación para la nueva variable. Crédito:Colaboración ATLAS / CERN
La materia oscura es un tipo desconocido de materia presente en el universo que podría tener origen en partículas. Uno de los marcos teóricos más completos que incluye un candidato a materia oscura es la supersimetría. Muchos modelos supersimétricos predicen la existencia de un nuevo establo, partícula invisible llamada la partícula supersimétrica más ligera (LSP), que tiene las propiedades adecuadas para ser una partícula de materia oscura.
La Colaboración ATLAS en el CERN ha informado recientemente de dos nuevos resultados en las búsquedas de un LSP que explotó la muestra de datos completa de la Ejecución 2 del experimento tomada a una energía de colisión protón-protón de 13 TeV. Los análisis buscaron la producción de pares de dos partículas supersimétricas pesadas, cada uno de los cuales decae en partículas observables del Modelo Estándar y un LSP en el detector.
Identificar la energía faltante
Un desafío central de estas búsquedas es que las partículas candidatas a materia oscura escaparían del detector ATLAS sin dejar una señal visible. Su presencia solo puede inferirse a través de la magnitud del momento transversal perdido de la colisión (E T pierda ) - un desequilibrio en los momentos de las partículas detectadas en el plano perpendicular a los protones en colisión. En el denso entorno de numerosas colisiones superpuestas generadas por el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), puede ser difícil separar E genuino T pierda de falso E T pierda originada por la medición incorrecta de los desechos de colisión visibles en el detector.
Para resolver esta dificultad, ATLAS desarrolló una nueva E T pierda variable de significancia que cuantifica la probabilidad de que la E observada T pierda se origina en partículas indetectables y no en objetos mal medidos. A diferencia de los cálculos anteriores basados completamente en la cinemática de eventos reconstruida, la nueva variable también considera la resolución y la probabilidad de identificación errónea de cada una de las partículas reconstruidas utilizadas en el cálculo. Esto ayuda a discriminar más eficazmente entre eventos con E genuina y falsa. T pierda , respectivamente, como se muestra en la Figura 1, mejorando así la capacidad de ATLAS para identificar y reconstruir parcialmente partículas de materia oscura.
Figura 2:Límites de exclusión del 95% en la producción de pares de charginos. La región sombreada en gris muestra los resultados de la Prueba 1 del LHC. Los nuevos resultados amplían sustancialmente los límites anteriores. Crédito:Colaboración ATLAS / CERN
Aplicar nuevas técnicas de reconstrucción
Las dos nuevas búsquedas de ATLAS implementan esta nueva técnica de reconstrucción en el conjunto de datos completo de la Ejecución 2. Una búsqueda busca la producción de pares de charginos (los supercompañeros cargados de bosones) y sleptons (supercompañeros de leptones), respectivamente, que decaen a dos electrones o muones y dan lugar a grandes E T pierda debido a los LSP que se escapan. Estas señales son muy difíciles de extraer, ya que se parecen a los procesos de dibosón del modelo estándar, donde algunos (aunque menos) E T pierda se produce a partir de neutrinos invisibles. Los eventos se seleccionaron en alta E T pierda significancia junto con varias otras variables que ayudan a discriminar la señal del fondo. En ausencia de un exceso significativo en los datos sobre la expectativa de fondo, Se establecieron fuertes límites a los escenarios supersimétricos considerados, como se muestra en la Figura 2.
La segunda nueva búsqueda apunta a la producción de pares de squarks inferiores supersimétricos (supercompañeros de quarks bottom), que ambos decaen a un estado final que involucra un bosón de Higgs y un LSP (más un quark b adicional). Luego, apuntar al bosón de Higgs se desintegra en dos quarks b, como se predice que ocurrirá el 58 por ciento de las veces, el estado final medido en el detector ATLAS tendría una firma única:E grande T pierda asociado con hasta seis chorros de partículas hadrónicas, procedente de b-quarks. De nuevo, no se encontró un exceso significativo de datos en esta búsqueda.
Ambos resultados imponen fuertes limitaciones a importantes escenarios supersimétricos, que guiará las futuras búsquedas de ATLAS. Más lejos, proporcionan un ejemplo de cómo las nuevas técnicas de reconstrucción pueden ayudar a mejorar la sensibilidad de las nuevas búsquedas físicas en el LHC.
