Supersymmetri är en förlängning av standardmodellen som kan förklara ursprunget till mörk materia och bana väg för en storslagen enhetlig teori om naturen. För varje partikel i standardmodellen, supersymmetry introducerar en exotisk ny "superpartner, " som kan produceras i proton-protonkollisioner. Att leta efter dessa partiklar är för närvarande en av de högsta prioriteringarna för LHC-fysikprogrammet. En upptäckt skulle förändra vår förståelse av materiens byggstenar och de grundläggande krafterna, ledde till ett paradigmskifte inom fysiken liknande det när Einsteins relativitetsteori ersatte den klassiska newtonska fysiken i början av 20-talet ^th århundrade.

Supersymmetriska partiklar (eller "partiklar") grupperas i två kategorier med olika egenskaper som beror på styrkan i deras interaktioner med protoner. Starkt interagerande partiklar kan produceras med stora hastigheter och leda till att energiska händelser i detektorn. Svagt växelverkande partiklar produceras i lägre hastigheter och leder till mindre slående signaturer, gör dem svårare att skilja från standardmodellens bakgrundsprocesser.

Eftersom LHC-kollisionsenergin ökades från 8 till 13 biljoner elektronvolt (TeV) i körning 2 för att förbättra upptäcktsräckvidden, ett brett utbud av sökningar efter starkt interagerande spartiklar har utförts. Nollresultat i dessa sökningar indikerar att om de finns, starkt samverkande spartiklar måste vara mycket tunga – åtminstone flera hundra gånger tyngre än protonen. På grund av de lägre produktionshastigheterna, större dataprover krävs för att undersöka svagt samverkande spån, och mer optimerade urvalskriterier krävs för att reta isär den lilla signalen från bakgrunden.

ATLAS-fysiker presenterade en av de första Run 2-sökningarna efter svagt interagerande spartiklar vid LHCP 2017-konferensen. Sökningen är inriktad på produktion av partiklar som kallas charginos, tunga neutralinos, och sleeptons. Om den produceras vid LHC, dessa partiklar skulle sönderfalla till leptoner (elektroner eller deras tyngre kusiner, myonerna) och stabila partiklar av mörk materia som kallas ljusneutralinos. Dessa mörk materia neutralinos skulle föra bort osynlig energi eftersom de inte interagerar med detektorn, leder till obalanserade kollisionshändelser som verkar bryta mot bevarandet av momentum. Detta "saknade transversella momentum" är nyckelsignaturen som utnyttjas av ATLAS-detektorn för att sluta sig till produktionen av mörk materia partiklar.

Analysen valde kollisionshändelser innehållande två eller tre elektroner och myoner och stor saknad transversell rörelsemängd. Figuren visar den uppmätta fördelningen (datapunkter) av saknat transversellt momentum i händelser med tre leptoner, jämfört med vad som förväntas från standardmodellen (färgat histogram). Ingen signifikant avvikelse från förväntningarna observerades. Resultaten användes för att sätta stränga gränser för svagt interagerande spartiklar med massor så stora som 1150 miljarder elektronvolt (GeV), de tyngsta sådana partiklar som hittills undersökts vid ATLAS.

Svagt samverkande spartiklar kan ha undgått detektion i denna sökning om de produceras med mycket små hastigheter eller inte producerar mycket energi i detektorn. Båda dessa funktioner förväntas i modeller med lätta higgsinos, Higgs-bosonens superpartners. Framtida sökningar kommer att utnyttja större dataprover för att uppnå känslighet för ännu mindre produktionshastigheter. Förbättringar av dessa sökningar är på gång som använder reducerade leptonmomentumtrösklar och nya signal- kontra bakgrundsdiskriminerande variabler för att öka känsligheten för modeller som producerar ännu mindre energi i detektorn. En upptäckt i dessa sökningar skulle kunna kasta ljus över den mörka materiens natur och hjälpa till att lösa "hierarkiproblemet, "en grundläggande teoretisk brist i standardmodellen som leder till en förutspådd Higgs-bosonmassa som är cirka 16 storleksordningar för stor.