Zou een Grand Unified Theory de resterende mysteries van het standaardmodel kunnen oplossen? Indien geverifieerd, het zou een elegante beschrijving geven van de eenwording van krachten uit het Standaardmodel bij zeer hoge energieën, en zou zelfs het bestaan ​​van donkere materie en neutrinomassa's kunnen verklaren. Natuurkundigen van het ATLAS-experiment op CERN zoeken naar bewijs van nieuwe zware deeltjes die door dergelijke theorieën worden voorspeld. inclusief een neutraal Z'-boson.

De ATLAS-samenwerking heeft haar allereerste resultaat vrijgegeven met gebruikmaking van de volledige Large Hadron Collider (LHC) Run 2-dataset, verzameld tussen 2015 en 2018. Deze analyse zoekt naar nieuwe zware deeltjes die vervallen in dilepton-eindtoestanden, waarbij de leptonen ofwel twee elektronen of twee muonen zijn. Dit is een van de meest gevoelige vervalsingen om naar nieuwe fysica te zoeken, dankzij de uitstekende energie- en momentumresolutie van de ATLAS-detector voor leptonen en de sterke signaal-naar-achtergronddifferentiatie als gevolg van de eenvoudige handtekening van twee leptonen.

Het nieuwe ATLAS-resultaat maakt ook gebruik van een nieuwe gegevensgestuurde benadering voor het schatten van de achtergrond van het standaardmodel. Terwijl de vorige analyse voornamelijk simulaties gebruikte voor de achtergrondvoorspelling en werd uitgevoerd met een fractie van de gegevens, deze nieuwe analyse maakt gebruik van de uitgebreide Run 2-gegevensset door de waargenomen gegevens te voorzien van een functionele vorm die wordt gemotiveerd door en gevalideerd met ons begrip van de standaardmodelprocessen die bijdragen aan deze gebeurtenissen. Indien aanwezig, de nieuwe deeltjes zouden verschijnen als hobbels bovenop een soepel vallende achtergrondvorm, waardoor ze eenvoudig te identificeren zijn (zie figuur 2). Dit is vergelijkbaar met een van de manieren waarop het Higgs-deeltje in 2012 werd ontdekt. door zijn verval tot twee fotonen.

Naast het verkennen van onontgonnen terrein in de zoektocht naar nieuwe fysica, bij deze analyse is veel werk gestoken in het begrijpen van de ATLAS-detector en de samenwerking met de verschillende prestatiegroepen van de detectoren om de identificatie van zeer hoogenergetische elektronen en muonen te verbeteren. Dit omvatte het verantwoorden van de veelheid aan sporen in het binnenste deel van de detector, omdat het voortdurend toenam als gevolg van het stijgende gemiddelde aantal proton-protonbotsingen per bosovergang tijdens run 2.

Tot nu toe zijn er geen significante tekenen van nieuwe fysica waargenomen. Het resultaat stelt strenge beperkingen aan de productiesnelheid van verschillende typen hypothetische Z'-deeltjes. Naast het instellen van uitsluitingslimieten voor specifieke theoretische modellen, het resultaat is ook geleverd in een generiek formaat waarmee natuurkundigen de gegevens opnieuw kunnen interpreteren onder verschillende theoretische veronderstellingen. Deze studie heeft de verkenning van de fysica op de energiegrens verdiept; Natuurkundigen van ATLAS zijn enthousiast over de verdere analyse van de grote Run 2-dataset.