Kosmologische en astrofysische waarnemingen op basis van zwaartekrachtinteracties geven aan dat de materie die wordt beschreven door het standaardmodel van de deeltjesfysica slechts een klein deel uitmaakt van het gehele bekende universum. Deze waarnemingen leiden het bestaan ​​van donkere materie af, die, indien samengesteld uit deeltjes, buiten het standaardmodel zou moeten zijn.

Hoewel het bestaan ​​van donkere materie algemeen bekend is, zijn aard en eigenschappen behoren tot de grootste onopgeloste puzzels van de fundamentele fysica. Uitstekende kandidaten voor donkere materiedeeltjes zijn zwak interagerende massieve deeltjes (WIMP's). Deze "onzichtbare" deeltjes kunnen niet direct worden gedetecteerd door botsingsexperimenten zoals het ATLAS-experiment.

Bij de Large Hadron Collider (LHC), de meeste botsingen van protonen produceren nevels van energetische deeltjes die samenbundelen tot zogenaamde "jets". Momentumbehoud vereist dat als deeltjes worden gereconstrueerd in een deel van de detector, er moeten terugspringende deeltjes zijn in de tegenovergestelde richting. Echter, als WIMP's worden geproduceerd, ze laten geen sporen achter in de detector, het veroorzaken van een momentumonbalans genaamd "ontbrekend transversaal momentum" (E _t ^missen ). Echter, een paar WIMP's kan worden geproduceerd samen met een quark of gluon dat wordt uitgestraald door een inkomend parton (een generiek bestanddeel van het proton), het produceren van een jet waarmee onderzoekers deze gebeurtenissen kunnen taggen.

De jets+E _t ^missen zoeken kijkt naar eindtoestanden waarin een zeer energetische jet wordt geproduceerd in combinatie met grote E _t ^missen . Veel buiten de standaardmodeltheorieën kunnen worden onderzocht door te zoeken naar een overdaad aan gebeurtenissen met een groot ontbrekend transversaal momentum in vergelijking met de verwachting van het standaardmodel. Onder die theorieën, supersymmetrie en theorieën over grote extra ruimtelijke dimensies (LED) voorspellen extra deeltjes die onzichtbaar zijn voor botsende experimenten. Deze theorieën zouden een elegante verklaring kunnen bieden voor verschillende anomalieën die nog niet zijn opgelost in het standaardmodel.

De combinatie van datagestuurde technieken en zeer nauwkeurige theoretische berekeningen heeft ATLAS in staat gesteld de belangrijkste achtergrondprocessen van het Standaardmodel met grote precisie te voorspellen. De vorm van de E _t ^missen spectrum wordt gebruikt om het ontdekkingspotentieel van de analyse te vergroten en het onderscheidingsvermogen tussen signalen en achtergrond te vergroten.

De figuur toont het ontbrekende transversale momentumspectrum in vergelijking met de meting met de verwachting van het Standaardmodel. Aangezien er geen significante overschrijding wordt waargenomen, de mate van overeenstemming tussen gegevens en de voorspelling wordt vertaald in limieten voor onbekende parameters van de donkere materie, supersymmetrie en LED-modellen.

In het WIMP-scenario de laatste analyse met behulp van gegevens die in 2015 en 2016 in een specifiek interactiemodel zijn verzameld, sluit massa's van donkere materie tot 440 GeV en interactiemediatoren tot 1,55 TeV uit. Onder het beschouwde model, deze vertegenwoordigen competitieve resultaten in vergelijking met andere experimenten met verschillende detectiebenaderingen.

De komende twee jaar zal de LHC streeft ernaar de beschikbare gegevens met een factor drie te vergroten. Dit zal een unieke kans zijn voor ATLAS om de energiegrens te onderzoeken, en de jets+E _t ^missen channel heeft het potentieel om ons begrip van het universum grondig te herzien.