Den sista saknade partikeln i standardmodellen, Higgs boson, upptäcktes 2012 i experiment på Large Hadron Collider. Sedan dess, letar efter nytt, relaterade partiklar har pågått. Förutspås av olika teorier som går utöver känd fysik, Higgsbosoner med positiv eller negativ elektrisk laddning är bland de kandidater som ska observeras. Men finns dessa partiklar verkligen?

Vid European Organization for Nuclear Research CERN nära Genève, Large Hadron Colliders andra körning av kollisioner och insamling av data om partiklar och deras förfall har just tagit slut. Under de kommande två åren, gaspedalen kommer att genomgå underhåll och uppgraderingarna kommer att slutföras. Under tiden, fysiker analyserar intensivt data från den nyss genomförda körningen. Deras undersökning fokuserar främst på sökandet efter elementära partiklar bortom standardmodellen, såsom den elektriskt laddade Higgs -bosonen. Den senaste analysen på detta område utfördes av ett internationellt team av fysiker som arbetade inom ATLAS -experimentet. Gruppen bestod av forskare från Institute of Nuclear Physics of the Polish Academy of Sciences (IFJ PAN) i Krakow och fem andra institutioner spridda runt om i världen.

"Standardmodellen är en komplex teoretisk struktur och beskriver alla kända elementära partiklar med utmärkt noggrannhet. Vi vet, dock, att det fungerar bra för experimentellt tillgängliga energier. Med riktigt höga energier, Standardmodellens förutsägelser bryts ner; därav behovet av så kallad ny fysik, "säger Dr Pawel Bruckman (IFJ PAN), och påminner om att klassisk mekanik, till exempel, visar liknande funktioner. När energin i rörliga kroppar är låg, dess beskrivning är exakt. Dock, när hastigheten blir jämförbar med ljusets hastighet, Newtons fysik måste ge vika för relativistiska teorier.

Upptäcktes 2012 av ATLAS- och CMS -experiment, den neutrala Higgs -bosonen bekräftade förekomsten av mekanismen som är nödvändig för standardmodellkonsistens. Fysiker, dock, är medvetna om att denna partikel bara kan vara en del av en bredare Higgs -sektor, förutses av de flesta teorier som går utöver modern partikelfysik. I de mest populära supersymmetriska teorierna (där varje känd partikel har en exotisk, mer massiv superpartner), det finns fem Higgs bosoner. Tre av dem, inklusive standarden, är elektriskt neutrala, medan de andra två är elektriskt laddade (negativt och positivt).

"Vi har utforskat ett mycket brett spektrum av massor. Massan av protonen, dvs vätskärnan, är ungefär en gigaelektronvolt. I tur och ordning, massan av kvark t, den mest massiva av de kända elementära partiklarna, är 173 gigaelektronvolt. Vi letade efter spår av förekomsten av en laddad Higgs i massintervallet från 90 gigaelektronvolt till 2000 gigaelektronvolt, "förklarar doktoranden Marzieh Bahmani (IFJ PAN).

Teamet fokuserade på kollisionshändelserna mellan kvarker och gluoner, där de laddade Higgs -bosonerna skulle produceras tillsammans med t -kvarken, och förfallit sedan till en tau lepton (en mycket mer massiv ekvivalent till elektronen) och dess associerade neutrino. Vid sådana händelser, några neutrinoer avges. Dessa partiklar interagerar svagt med materia och är osynliga för detektorerna. Därför, under urvalet, mängden saknad energi som neutrinoer skulle bära med sig var viktig.

För analysens skull, Krakowforskare utvecklade och optimerade en multivariat diskriminant metod. Tekniken, baserat på många noggrant utvalda variabler och korrelationer mellan dem, maximerar diskrimineringen av den förväntade signalen från den överväldigande bakgrunden.

"Inom den nuvarande känsligheten, Vi kan på 95 procent konfidensnivå säga att vi i det valda massintervallet inte har observerat laddade Higgs -bosoner. Detta är en mycket stark begränsning för de nya teorierna. Vi tänker förbättra det ytterligare i nästa analysomgång, genom att ta hänsyn till all data från den nyligen genomförda andra körningen av LHC -acceleratorn. Det är fortfarande möjligt att den laddade Higgs är gömd någonstans i det massintervall som omfattas av vår analys, men vi är ännu inte tillräckligt känsliga för att se dess signal, "säger doktor Anna Kaczmarska (IFJ PAN).

Resultaten av analysen, publicerad i Journal of High Energy Physics , är särskilt värdefulla för att välja teoretiska modeller som går utöver känd fysik. Parameterutrymmet för dessa modeller har minskats avsevärt. Som en konsekvens, deras förutsägelser blir mer exakta och lättare att verifiera.