In de deeltjesfysica, drie van de vier bekende fundamentele krachten in het universum, namelijk elektromagnetisch, zwakke en sterke interacties, worden beschreven door een theorie die bekend staat als het standaardmodel (SM). Een uitbreiding van dit model is supersymmetrie (SUSY), een theoretische constructie die wijst op een mogelijke relatie tussen twee klassen van deeltjes:bosonen en fermionen.

SUSY-theorie verklaart een aantal wiskundige toevalligheden in de SM en is een fundamenteel onderdeel van de snaartheorie, een van de meest veelbelovende constructies die de SM samenvoegt met theorieën over zwaartekracht. Het voorspelt ook het bestaan ​​van verschillende nieuwe deeltjes, waarvan er tot nu toe geen enkele is waargenomen. Bijvoorbeeld, het suggereert dat er minstens vijf soorten Higgs-bosonen zijn, in plaats van alleen het ene type dat tot nu toe is waargenomen.

Hoewel SUSY theoretisch aantrekkelijk is, er is geen bewijs dat het van toepassing is op de echte wereld, en als dat zo is, de deeltjes die het voorspelt, waren vermoedelijk te zwaar om in eerdere experimenten te worden waargenomen. In recente jaren, natuurkundigen over de hele wereld hebben geprobeerd ze rechtstreeks te observeren om de geldigheid van de SUSY-theorie te bewijzen en de eigenschappen van deze nieuwe deeltjes te begrijpen.

De ATLAS-samenwerking is een groot team van onderzoekers van meerdere instituten over de hele wereld die samenwerken om de metingen die zijn vastgelegd door de ATLAS-detector bij CERN te analyseren en beter te begrijpen. In een recent artikel gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , de onderzoekers presenteerden de resultaten van een zoektocht naar zware neutrale Higgs-bosonen op basis van de analyse van gegevens verzameld door de ATLAS-detector.

"We hebben verschillende zoekopdrachten uitgevoerd naar meer Higgs-bosonen, maar deze zoektocht is gevoeliger voor de 'parameterruimte' van de SUSY Higgses dan enige andere, "Willem John Murray, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "Dit specifieke papier is niet het eerste in zijn soort, maar het gebruikt vier keer zoveel gegevens als eerdere onderzoeken (d.w.z. alle gegevens die we hebben), evenals verbeterde methoden."

De ATLAS-detector is ontworpen om de deeltjes te meten die vrijkomen bij botsingen in de Large Hadron Collider (LHC), wat de grootste en krachtigste deeltjesversneller ter wereld is. Het identificeert specifiek elektronen en twee soorten deeltjes die enige overeenkomsten vertonen met elektronen, namelijk muonen en taus.

Taus zijn bijzonder moeilijk te meten, omdat ze zeer snel vergaan. Wanneer ze vergaan, ze produceren een onzichtbaar neutrino en ofwel een elektron, muon, of meestal pionen (d.w.z. hadronen gemaakt van quarks). De ATLAS-samenwerking zocht specifiek naar paren van rottende taus, gericht op gevallen waarin beide taus pionen produceerden of waarbij de ene een elektron of muon produceerde en de andere pionen produceerde.

"De LHC produceert ongeveer een miljard botsingen per seconde, die in wezen allemaal pionen produceren, dus het probleem dat we wilden oplossen was om onderscheid te maken tussen pionen die afkomstig zijn van een tau-verval en pionen die dat niet doen (in deze context 'nep' genoemd), "Zei Murray. "Om dit te doen, we moesten meten hoe vaak we het goed hadden - en hoe vaak we het fout hadden. Het beheersen van 'nep-pioenen' is een van de grootste problemen voor de meting."

Om paren taus te bestuderen, de onderzoekers combineerden hun gemeten momenta en schatten hoe zwaar een bepaald deeltje zou moeten zijn om dat specifieke paar deeltjes te produceren terwijl het vervalt. Vervolgens, ze bouwden een histogram dat de massa weergeeft die ze schatten en zochten naar een "bult" in de grafiek, omdat dit zou duiden op de aanwezigheid van een Higgs-deeltje dat nog nooit eerder is waargenomen.

"Er was een serieuze mogelijkheid om een ​​tweede Higgs-deeltje te ontdekken en sterk te wijzen op supersymmetrie, Murray zei. "Onze paper legt nieuwe beperkingen op aan supersymmetrische theorieën. Popper stelt dat theorieën falsifieerbaar moeten zijn om wetenschap te zijn. Door delen van de supersymmetrieparameterruimte te elimineren, we verminderen de mogelijke verkeerde modellen die theoretici kunnen voorstellen, waardoor ons vakgebied een stap dichter bij de waarheid komt."

Hoewel deze studie door de ATLAS-samenwerking niet leidde tot de waarneming van nieuwe zware Higgs-bosonen, het verkleinde de parameters waarbinnen deze deeltjes konden worden gedetecteerd en waargenomen. In de toekomst, het zou dus nieuwe zoekopdrachten kunnen informeren die gericht zijn op het rechtstreeks observeren van deze nieuwe deeltjes en het bevestigen van hun bestaan.

"We onderzoeken nu alternatieve 'buiten het standaardmodel'-theorieën die andere handtekeningen voorspellen, Murray zei. "De zeer grote LHC-dataset zou ons in staat kunnen stellen om vele andere handtekeningen van dichterbij te bekijken - die allemaal iets nieuws zouden kunnen blijken te bevatten. Verschillende hiervan werden onthuld op de ICHEP-conferentie van dit jaar, maar tot nu toe was geen enkele succesvol."

© 2020 Wetenschap X Netwerk