Inom partikelfysik, tre av de fyra kända grundkrafterna i universum, nämligen elektromagnetisk, svaga och starka interaktioner, beskrivs av en teori som kallas standardmodellen (SM). En förlängning av denna modell är supersymmetri (SUSY), en teoretisk konstruktion som pekar på en möjlig relation mellan två klasser av partiklar:bosoner och fermioner.

SUSY -teorin förklarar ett antal matematiska tillfälligheter i SM och är en grundläggande komponent i strängteori, en av de mest lovande konstruktionerna som slår samman SM med teorier om gravitation. Det förutspår också förekomsten av flera nya partiklar, ingen av dem har observerats hittills. Till exempel, det tyder på att det finns minst fem typer av Higgs -bosoner, snarare än bara den typ som har observerats hittills.

Medan SUSY är teoretiskt tilltalande, det finns inga bevis för att det gäller den verkliga världen, och om det gör det, partiklarna som den förutspår var förmodligen för tunga för att observeras i tidigare experiment. Under de senaste åren har fysiker världen över har försökt observera dem direkt för att bevisa SUSY -teorins giltighet och förstå egenskaperna hos dessa nya partiklar.

ATLAS Collaboration är ett stort team av forskare från flera institut världen över som arbetar tillsammans för att analysera och bättre förstå mätningarna som registrerats av ATLAS -detektorn vid CERN. I en ny tidning publicerad i Fysiska granskningsbrev , forskarna presenterade resultaten av en sökning efter tunga neutrala Higgs -bosoner baserat på analys av data som samlats in av ATLAS -detektorn.

"Vi har utfört flera sökningar efter fler Higgs -bosoner, men den här sökningen är känslig för mer av 'parameterutrymmet' för SUSY Higgses än någon annan, "William John Murray, en av forskarna som genomförde studien, berättade för Phys.org. "Detta speciella papper är inte det första i sitt slag, men den använder fyra gånger så mycket data som tidigare studier (dvs. all data vi har), liksom förbättrade metoder. "

ATLAS -detektorn är utformad för att mäta partiklar som kommer från kollisioner i Large Hadron Collider (LHC), som är den största och mest kraftfulla partikelacceleratorn i världen idag. Den identifierar specifikt elektroner och två typer av partiklar som delar vissa likheter med elektroner, nämligen muoner och taus.

Taus är särskilt svåra att mäta, eftersom de förfaller mycket snabbt. När de förfaller, de producerar en osynlig neutrino och antingen en elektron, muon, eller oftast pioner (dvs. hadroner gjorda av kvarkar). ATLAS -samarbetet sökte specifikt efter par av förfallna taus, med fokus på fall där både taus producerade pioner eller där en producerade antingen en elektron eller muon och den andra producerade pioner.

"LHC producerar cirka en miljard kollisioner i sekunden, i huvudsak alla som producerar pioner, så problemet som vi bestämde oss för att lösa var att urskilja mellan pioner som kommer från ett tau -förfall och de som inte gör det (kallas "förfalskningar" i detta sammanhang), "Sa Murray." För att göra detta, vi var tvungna att mäta hur ofta vi fick rätt - och hur ofta vi gjorde det fel. Att kontrollera "falska pioner" är ett av de största problemen för mätningen. "

För att studera par taus, forskarna kombinerade sina uppmätta moment och uppskattade hur tung en viss partikel skulle behöva vara för att producera det specifika paret av partiklar under sönderfall. Senare, de byggde ett histogram som representerar massan de uppskattade och sökte efter en "bump" i grafen, eftersom detta skulle antyda närvaron av en Higgs bosonpartikel som aldrig observerats tidigare.

"Det fanns en allvarlig möjlighet att upptäcka en andra Higgs -boson och starkt antyda till supersymmetri, "Sa Murray." Vårt papper sätter nya begränsningar på supersymmetriska teorier. Popper hävdar att teorier måste vara förfalskbara för att vara vetenskap. Genom att eliminera delar av supersymmetri -parameterutrymmet, vi minskar möjliga felmodeller som teoretiker kan föreslå, och därmed föra vårt studieområde ett steg närmare sanningen. "

Även om denna studie från ATLAS Collaboration inte ledde till observation av nya tunga Higgs -bosoner, det minskade parametrarna inom vilka dessa partiklar kunde detekteras och observeras. I framtiden, den kan således informera nya sökningar som syftar till att direkt observera dessa nya partiklar och bekräfta deras existens.

"Vi undersöker nu alternativa" bortom standardmodellen "teorier som förutsäger andra signaturer, "Sa Murray." Den mycket stora LHC -datauppsättningen kan tillåta oss att titta närmare på många andra signaturer - varav någon kan visa sig innehålla något nytt. Flera av dessa avslöjades vid årets ICHEP -konferens - men ingen har lyckats hittills. "

© 2020 Science X Network