Figur 1:Den näst högsta saknade tvärgående momentmonojet -händelsen i 2016 års ATLAS -data. En stråle med momentum på 1707 GeV indikeras av de gröna och gula staplarna som motsvarar energiavsättningen i de elektromagnetiska respektive hadroniska kalorimetrarna. Den saknade tvärgående momenten från 1735 GeV visas som den vita streckade linjen i motsatt sida av detektorn. Inga ytterligare jetplan med momentum över 30 GeV hittas. Upphovsman:ATLAS Collaboration/CERN
Kosmologiska och astrofysiska observationer baserade på gravitationella interaktioner indikerar att det ämne som beskrivs av standardmodellen för partikelfysik endast utgör en liten bråkdel av hela det kända universum. Dessa observationer leder till att det finns mörk materia, som, om den består av partiklar, måste överstiga standardmodellen.
Även om existensen av mörk materia är väl etablerad, dess natur och egenskaper är bland de största olösta gåtorna i grundläggande fysik. Utmärkta kandidater för partiklar i mörk materia är svagt interagerande massiva partiklar (WIMP). Dessa "osynliga" partiklar kan inte detekteras direkt genom kollisionsexperiment som ATLAS -experimentet.
På Large Hadron Collider (LHC), de flesta kollisioner av protoner producerar sprayer av energiska partiklar som buntas samman till så kallade "jets". Momentumkonservering kräver att om partiklar rekonstrueras i en del av detektorn, det måste finnas rekylande partiklar i motsatt riktning. Dock, om WIMP produceras, de lämnar inga spår i detektorn, orsakar en momentbalans som kallas "saknad tvärgående momentum" (E T Fröken ). Dock, ett par WIMP kan produceras tillsammans med en kvark eller gluon som utstrålas från en inkommande parton (en generisk beståndsdel i protonen), producerar en jet som gör det möjligt för forskare att märka dessa händelser.
Strålarna+E T Fröken sökning tittar på slutstater där en mycket energisk jet produceras i samband med stora E T Fröken . Många bortom standardmodellsteorierna kan undersökas genom att leta efter ett överflöd av händelser med stort saknat tvärgående momentum jämfört med standardmodellförväntningarna. Bland dessa teorier, supersymmetri och teorier om stora extra rumsliga dimensioner (LED) förutsäger ytterligare partiklar som är osynliga för kolliderande experiment. Dessa teorier kan ge en elegant förklaring till flera avvikelser som fortfarande är olösta i standardmodellen.
Figur 2:Saknar tvärgående momentfördelning efter jets+ETmissa val i data och i standardmodellprognoserna. De olika bakgrundsprocesserna visas i olika färger. De förväntade spektra av LED, Supersymmetriska och WIMP -scenarier illustreras också med streckade linjer. Upphovsman:ATLAS Collaboration/CERN
Kombinationen av datadrivna tekniker och högprecisionsteoretiska beräkningar har gjort det möjligt för ATLAS att förutsäga de viktigaste standardmodellens bakgrundsprocesser med stor precision. Formen på E T Fröken spektrum används för att öka analysens upptäcktspotential och öka diskrimineringskraften mellan signaler och bakgrund.
Figuren visar det saknade tvärgående momentumspektrumet jämfört med mätningen med standardmodellförväntningen. Eftersom inget betydande överskott observeras, överensstämmelsen mellan data och förutsägelsen översätts till gränser för okända parametrar för den mörka materien, supersymmetri och LED -modeller.
I WIMP -scenariot, den senaste analysen med data som samlats in 2015 och 2016 i en specifik interaktionsmodell utesluter massor av mörk materia upp till 440 GeV och interaktionsmediatorer upp till 1,55 TeV. Enligt den övervägda modellen, dessa representerar konkurrenskraftiga resultat jämfört med andra experiment med olika detektionsmetoder.
Under de kommande två åren, LHC syftar till att öka tillgängliga data med en faktor tre. Detta kommer att vara ett unikt tillfälle för ATLAS att undersöka energigränsen, och jets+E T Fröken kanal har potential att på djupgående revidera vår förståelse av universum.
