Figur 1:ATLAS-data (svarta punkter) jämförs med förväntningarna från kända standardmodellprocesser (fyllda histogram) i ett antal kontrollval där ingen signal förväntas (till vänster om den streckade vertikala linjen), såväl som i urval där en supersymmetrisk signal, om det finns, skulle kunna förbättras (till höger om den streckade linjen). Den statistiska kompatibiliteten rapporteras på den nedre panelen, där ett positivt värde långt över 5 i signalvalen skulle indikera en upptäckt. Kredit:ATLAS Collaboration/CERN
Supersymmetri (SUSY) är en av de mest attraktiva teorierna som utökar standardmodellen för partikelfysik. SUSY skulle ge en lösning på flera av standardmodellens obesvarade frågor, genom att mer än fördubbla antalet elementarpartiklar, ger varje fermion en bosonisk partner och vice versa. I många SUSY-modeller utgör den ljusaste supersymmetriska partikeln (LSP) mörk materia.
Vissa (kallade "naturliga") SUSY-modeller kan förklara Higgs-bosonens relativt lätta massa. Naturlig SUSY kräver att massan hos toppkvarkens supersymmetriska partner – toppkvarken – är mindre än ungefär tusen gånger massan av en proton. Jakten på toppsquark har varit en utmaning, eftersom toppsquark-händelser är sällsynta och dolda i den överväldigande standardmodellens bakgrund. Endast genom att samla in betydande mängder data från LHC-proton-protonkollisioner kan ATLAS-fysiker övervinna dessa odds.
I mars 2017, ATLAS Collaboration presenterade nya resultat på sökningen efter produktion av toppsquarkpar i en helt hadronisk ("0-lepton") kanal med hjälp av hela det tillgängliga dataprovet taget vid 13 TeV kollisionsenergi 2015 och 2016. I nya ATLAS-resultat presenterade på LHCP 2017 konferens, sökningen efter toppsquarks har utökats till "1-lepton"-kanalen. Olika toppsquarksönderfall har studerats, alla resulterande i LSP och ytterligare standardmodellpartiklar. Händelser från "1-lepton"-kanalen kännetecknas av flera strålar (en kollimerad spray av partiklar), en laddad elektron eller myon (en sorts tung elektron), och viss "saknad energi" från LSP:n som endast interagerar svagt och därmed inte är direkt synlig i ATLAS-detektorn.
Figur 2:Sammanfattning av de dedikerade ATLAS-sökningarna efter produktion av toppsquarkpar i "0-lepton", "1-lepton" och "2-lepton" kanaler. Visade är konturerna som indikerar regionerna i toppsquark och "lättaste supersymmetriska partikel" (LSP) massplan som är exkluderade vid den angivna konfidensnivån för en förenklad SUSY-modell där toppsquark alltid sönderfaller direkt till LSP och vissa standardmodellpartiklar . De streckade och heldragna linjerna visar förväntade (förutsatt att ingen signal) och observerade gränser, respektive. Den blå skuggade regionen illustrerar regionen som exkluderades av tidigare ATLAS-sökningar med användning av Run 1-data vid en kollisionsenergi på 8 TeV. Kredit:ATLAS Collaboration/CERN
Denna sökning kommer med utmaningar:om massskillnaden för toppkvarken och den lätta SUSY-partikeln är nära massan för toppkvarken, händelsetopologin i toppen squark parhändelser skulle vara mycket lika de för topp kvarg parhändelser. I tidigare sökningar i "1-lepton"-kanalen, känsligheten för denna skillnad visade sig vara dålig. I detta nya resultat, dock, maskininlärningsalgoritmer som Boosted Decision Trees, har använts i denna region, leder till avsevärt förbättrad känslighet.
Det senaste ATLAS-resultatet (Figur 1) visar inga övertygande tecken på toppsquark. Data kan användas för att begränsa SUSY-modeller och därmed öka vår kunskap om denna teori. Uteslutningsgränser för produktion av toppsquark-par i toppsquark- och LSP-massplanet sammanfattas i figur 2 för en förenklad SUSY-modell där toppsquark sönderfaller direkt i LSP och vissa standardmodellpartiklar. Även om begränsningarna är stränga finns det fortfarande utrymme för toppsquarks att gömma sig.
