Op de Moriond-conferentie van 2017, het ATLAS-experiment op CERN presenteerde de eerste resultaten van de gecombineerde 2015/2016 LHC-gegevens. Dankzij de uitstekende prestaties van het CERN-versnellercomplex, deze nieuwe dataset is bijna drie keer groter dan die beschikbaar bij ICHEP, de laatste grote conferentie over deeltjesfysica die in augustus 2016 werd gehouden.

De aanzienlijke toename van het gegevensvolume heeft de gevoeligheid van ATLAS voor mogelijke nieuwe deeltjes die worden voorspeld door theorieën die verder gaan dan het standaardmodel, aanzienlijk verbeterd. Tegelijkertijd, het heeft ATLAS-fysici ook in staat gesteld om nauwkeurige metingen uit te voeren van de eigenschappen van bekende standaardmodeldeeltjes.

De zoektocht naar supersymmetrie

Supersymmetrie (SUSY) wordt al lang beschouwd als een voorloper bij het oplossen van een aantal mysteries die niet zijn verklaard door het standaardmodel, inclusief de grootte van de massa van het Higgs-deeltje en de aard van de donkere materie. Een van de belangrijkste nieuwe resultaten die op Moriond werden gepresenteerd, waren de eerste zoekopdrachten naar SUSY-deeltjes met behulp van de nieuwe dataset. Deze nieuwe ATLAS-resultaten, samen met die van het CMS-experiment, bieden de meest uitdagende tests van de SUSY-theorie die tot nu toe zijn uitgevoerd.

Zoekopdrachten naar "squark"- en "gluino"-deeltjes die vervallen tot standaardmodeldeeltjes leverden geen bewijs voor hun bestaan ​​op, en hebben grenzen gesteld aan de massa's van deze deeltjes die zich uitstrekken, Voor de eerste keer, zo hoog als 2 TeV. Zoekt naar "top squark"-deeltjes, waarvan het bestaan ​​cruciaal is als SUSY de massa van het Higgs-deeltje wil verklaren, vond ook geen afwijkingen van verwachte standaardmodelprocessen.

Er werd ook een nieuwe zoektocht naar langlevende "chargino"-deeltjes gepresenteerd. Deze zoekopdracht maakt gebruik van de ATLAS Insertable B-Layer (IBL)-detector die is geïnstalleerd tijdens de LHC-uitschakeling in 2014. De IBL is een nieuw stuk ATLAS-hardware voor het detecteren van geladen deeltjes tot op 3,3 cm van de LHC-straalpijp. De nieuwe zoektocht zoekt naar 'verdwijnende' sporen die zijn gemaakt door chargino's die de IBL doorkruisen voordat ze vervallen in onzichtbare donkere materie. Er is geen bewijs voor dergelijke sporen gevonden, een grote klasse van SUSY-modellen aanzienlijk beperken. Een alternatieve zoektocht naar nieuwe langlevende deeltjes die vervallen tot geladen deeltjes via de handtekening van verplaatste vervalhoeken, vond ook dat de gegevens consistent waren met de verwachtingen van het standaardmodel.

Exotische verkenningen

Naast het zoeken naar SUSY-deeltjes, ATLAS rapporteerde een aantal nieuwe resultaten in de zoektocht naar "exotische" vormen van buiten de standaardmodelfysica. Zoekt naar nieuwe zware deeltjes die vervallen in paren jets (en dus gevoelig voor een mogelijke quark-substructuur) of voor een Higgs-deeltje en een W- of Z-deeltje, stelt beperkingen aan de massa van deze exotische nieuwe deeltjes tot wel 6 TeV.

Zoekopdrachten naar de productie van donkere materiedeeltjes werden ook gerapporteerd. Deze kijken naar gebeurtenissen waarin standaardmodeldeeltjes, zoals fotonen of Higgs-bosonen, terugdeinzen tegen de onzichtbare donkere materiedeeltjes om een ​​gebeurteniseigenschap te genereren die ontbrekende transversale energie wordt genoemd. Opnieuw, de gegevens kwamen overeen met de verwachtingen van standaardmodelprocessen.

In aanvulling, een zoektocht naar een zware partner van het W-boson (een W'-boson), voorspeld door veel standaardmodeluitbreidingen, uitgevoerd met de nieuwe dataset. Bij gebrek aan bewijs van een signaal, de zoektocht heeft nieuwe limieten gesteld aan de W'-massa tot 5,1 TeV.

Zeldzame Higgs-verval

Na de ontdekking van het Higgs-deeltje in 2012 een belangrijk onderdeel van het natuurkundeprogramma van ATLAS is gewijd aan het meten van zijn eigenschappen en het zoeken naar zeldzame processen waardoor het kan vervallen. Deze analyses zijn cruciaal om vast te stellen of het door ATLAS waargenomen Higgs-deeltje het door het standaardmodel voorspelde deel is. of als het in plaats daarvan het eerste bewijs is van nieuwe fysica.

De ATLAS-samenwerking presenteerde een nieuwe zoektocht naar een zeldzaam proces waarbij het Higgs-deeltje vervalt tot muonparen. Waarneming van dit proces boven de snelheid die door het standaardmodel wordt voorspeld, zou bewijs kunnen leveren voor nieuwe fysica. Er werd echter geen bewijs gezien, waardoor limieten kunnen worden gesteld aan de vervalwaarschijnlijkheid van 2,7 keer de verwachting van het standaardmodel. Dat beperkt (en bewijst) de fundamentele voorspelling van het standaardmodel van verschillende Higgs-boson-naar-lepton-koppelingen voor verschillende lepton-generaties.

Standaard Model metingen

Analyse van gegevens uit 2012, de ATLAS-samenwerking presenteerde een aantal metingen van de productie en eigenschappen van bekende standaardmodeldeeltjes. Een daarvan was een belangrijk mijlpaalresultaat voor het LHC-programma:de eerste meting van de W-bosonmassa door het ATLAS-experiment. Gemeten met een nauwkeurigheid van 19 MeV, het resultaat wedijvert met het beste vorige resultaat van een enkel experiment. De meting geeft een uitstekende test van het Standaardmodel via zogenaamde virtuele correcties door het samenspel tussen het W-boson, top-quark en Higgs-bosonmassa's, allemaal nauwkeurig gemeten door ATLAS.

Een ander belangrijk nieuw resultaat was een meting van de vervaleigenschappen van Bd-mesonen die vervallen tot een K*-meson en twee muonen. De LHCb- en Belle-samenwerkingen hadden eerder bewijs gerapporteerd van een overmaat boven de standaardmodelverwachtingen in een bepaalde vervalparameter, P5'. De nieuwe ATLAS-meting geeft ook aanwijzingen voor een bescheiden overschrijding, zij het met aanzienlijke statistische onzekerheden. Analyse van de nieuwe dataset moet toelaten een duidelijker beeld te krijgen van dit proces.

In aanvulling, ATLAS presenteerde nauwkeurige nieuwe metingen van de productie en eigenschappen van fotonparen in 8 TeV-botsingen. Dit resultaat vormt een belangrijke aanvulling op ons begrip van kwantumchromodynamica (QCD), de standaardmodeltheorie van de sterke kracht.

De zoektocht gaat verder

Hoewel er nog geen bewijs voor nieuwe fysica is gevonden, deze nieuwe resultaten hebben cruciale input geleverd voor onze theoretische modellen en hebben ons begrip van het standaardmodel aanzienlijk verbeterd. We kunnen de komende maanden meer resultaten verwachten met behulp van de nieuwe dataset. Wat is meer, met de LHC klaar om zijn uitstekende prestaties in 2017 voort te zetten, ATLAS kan een nog grotere gevoeligheid in de komende resultaten verwachten.