In nieuwe resultaten gepresenteerd op CERN, de zoektocht van het ATLAS-experiment naar supersymmetrie (SUSY) bereikte nieuwe niveaus van gevoeligheid. De resultaten onderzoeken een populaire SUSY-extensie die is bestudeerd bij de Large Hadron Collider (LHC):het "Minimal Supersymmetric Standard Model" (MSSM), die het minimaal vereiste aantal nieuwe deeltjes en interacties omvat om voorspellingen te doen bij de LHC-energieën. Echter, zelfs dit minimale model introduceert een groot aantal nieuwe parameters (massa's en andere eigenschappen van de nieuwe deeltjes), waarvan de waarden niet worden voorspeld door de theorie (vrije parameters).

Om hun zoektocht in te kaderen, Natuurkundigen van ATLAS zoeken naar 'natuurlijke' SUSY, die veronderstelt dat de verschillende correcties op de Higgs-massa vergelijkbaar zijn in grootte en hun som dicht bij de elektrozwakke schaal (v ~ 246 GeV). Onder dit paradigma, de supersymmetrische partners van de quarks van de derde generatie ("bovenste en onderste squarks") en gluonen ("gluinos") zouden massa's kunnen hebben die dicht bij de TeV-schaal liggen, en zou worden geproduceerd door de sterke interactie met snelheden die groot genoeg zijn om te worden waargenomen bij de LHC.

In een recent CERN LHC-seminar, de ATLAS-samenwerking presenteerde nieuwe resultaten in de zoektocht naar natuurlijke SUSY, inclusief zoekopdrachten naar topsquarks en gluino's met behulp van de volledige LHC Run-2-dataset verzameld tussen 2015 en 2018. De nieuwe resultaten onderzoeken eerder ontdekte, uitdagende gebieden van de vrije parameterruimte. Dit wordt bereikt dankzij nieuwe analysetechnieken die de identificatie van laagenergetische ("zachte") en hoogenergetische ("versterkte") deeltjes in de eindtoestand verbeteren.

ATLAS' zoektocht naar top-squarks werd uitgevoerd door proton-protonbotsingen te selecteren die maximaal één elektron of muon bevatten. Voor top-quark-massa's van minder dan de top-quark-massa van 173 GeV (zie figuur 1), de resulterende vervalproducten zijn meestal zacht en daarom moeilijk te identificeren. Natuurkundigen ontwikkelden nieuwe technieken op basis van het volgen van geladen deeltjes om deze vervalproducten beter te identificeren. waardoor de experimentele gevoeligheid aanzienlijk wordt verbeterd. Voor grotere top-squark-massa's, de vervalproducten worden versterkt, resulterend in een hoge energie, nabije vervalproducten. Natuurkundigen verbeterden het zoeken in dit regime door gebruik te maken van, onder andere technieken, nauwkeurigere schattingen van de statistische significantie van het ontbrekende transversale momentum in een botsingsgebeurtenis.

De nieuwe zoektocht naar gluino's kijkt naar gebeurtenissen die acht of meer "jets" bevatten - gecollimeerde sprays van hadronen - en een ontbrekend transversaal momentum dat wordt gegenereerd door de productie van stabiele neutralino's in het gluino-verval, die, vergelijkbaar met neutrino's, worden niet direct door ATLAS gedetecteerd. Natuurkundigen gebruikten nieuwe reconstructietechnieken om de energieresolutie van de jets en het ontbrekende transversale momentum te verbeteren, waardoor ze het vermeende signaal beter kunnen scheiden van achtergrondprocessen. Deze maken gebruik van "particle-flow" jet-algoritmen die informatie van zowel de volgdetector als het calorimetersysteem combineren.

Natuurkundigen van ATLAS hebben ook hun selectiecriteria voor gebeurtenissen geoptimaliseerd om de bijdrage van mogelijke SUSY-signalen te verbeteren in vergelijking met de achtergrondprocessen van het standaardmodel. In de gegevens werd geen overmaat waargenomen. De resultaten werden gebruikt om uitsluitingslimieten af ​​te leiden van op MSSM geïnspireerde vereenvoudigde modellen in termen van gluino, top-squark- en neutralino-massa's (zie figuur 2).

De nieuwe analyses vergroten de gevoeligheid van de zoekopdrachten aanzienlijk en beperken de beschikbare parameterruimte voor natuurlijke SUSY verder. De uitsluiting van zware topsquarks wordt uitgebreid van 1 naar 1,25 TeV. De zoektocht gaat verder.