Supersymmetrie (SUSY) is een van de meest aantrekkelijke theorieën die het standaardmodel van de deeltjesfysica uitbreiden. SUSY zou een oplossing bieden voor verschillende onbeantwoorde vragen van het standaardmodel, door het aantal elementaire deeltjes meer dan te verdubbelen, elk fermion een bosonische partner geven en vice versa. In veel SUSY-modellen vormt het lichtste supersymmetrische deeltje (LSP) donkere materie.

Bepaalde (nagesynchroniseerde "natuurlijke") SUSY-modellen kunnen de relatief lichte massa van het Higgs-deeltje verklaren. Natuurlijke SUSY vereist dat de massa van de supersymmetrische partner van de top-quark – de top-squark – minder dan ongeveer duizend keer de massa van een proton is. Jagen op de top squark was een uitdaging, aangezien top squark-evenementen zeldzaam zijn en verborgen in de overweldigende achtergrond van het standaardmodel. Alleen door aanzienlijke hoeveelheden gegevens te verzamelen van LHC proton-protonbotsingen kunnen ATLAS-natuurkundigen deze kansen overwinnen.

In maart 2017, de ATLAS-samenwerking presenteerde nieuwe resultaten over de zoektocht naar de productie van top-squarkpaar in een volledig hadronisch ("0-lepton") kanaal met behulp van het volledige beschikbare gegevensmonster genomen bij 13 TeV-botsingsenergie in 2015 en 2016. In nieuwe ATLAS-resultaten gepresenteerd op de LHCP 2017-conferentie, de zoektocht naar top squarks is uitgebreid naar het "1-lepton" kanaal. Er zijn verschillende top-squark-verval bestudeerd, wat allemaal resulteert in de LSP en aanvullende standaardmodeldeeltjes. Gebeurtenissen uit het "1-lepton"-kanaal worden gekenmerkt door meerdere stralen (een gecollimeerde nevel van deeltjes), één geladen elektron of muon (een soort zwaar elektron), en wat "ontbrekende energie" van de LSP die slechts zwak interageert en dus niet direct zichtbaar is in de ATLAS-detector.

Deze zoektocht brengt uitdagingen met zich mee:als het massaverschil van de top-quark en het lichte SUSY-deeltje dicht bij de massa van de top-quark ligt, de gebeurtenistopologie van top squark paargebeurtenissen zouden erg lijken op die van top quark paar evenementen. Bij eerdere zoekopdrachten in het "1-lepton"-kanaal, de gevoeligheid voor dit verschil bleek slecht te zijn. In dit nieuwe resultaat echter, machine learning-algoritmen zoals Boosted Decision Trees, in deze regio zijn gebruikt, wat leidt tot een aanzienlijk verbeterde gevoeligheid.

Het laatste ATLAS-resultaat (Figuur 1) vertoont geen overtuigend teken van de top squark. De gegevens kunnen worden gebruikt om SUSY-modellen te beperken en zo onze kennis van deze theorie te vergroten. Uitsluitingslimieten voor de productie van top-squarkpaar in het top-squark- en LSP-massavlak zijn samengevat in figuur 2 voor een vereenvoudigd SUSY-model waarbij het top-squark direct vervalt in de LSP en enkele standaardmodeldeeltjes. Hoewel de beperkingen streng zijn, is er nog steeds ruimte voor topsquarks om zich te verbergen.