2019-05-14 19:23:02
ATLAS实验对超对称暗物质设定了强大的约束

暗物质是宇宙中存在的一种未知类型的物质,可能是粒子起源的。包括暗物质候选者的最完整的理论框架之一是超对称性。许多超对称模型预测存在一种新的稳定的,不可见的粒子,称为最轻的超对称粒子(LSP),它具有成为暗物质粒子的正确性质。

欧洲核子研究中心的ATLAS协作组织最近报告了两项关于搜索LSP的新结果,该结果利用了实验的13 TeV质子 - 质子碰撞能量的完整Run 2数据样本。分析寻找两个重超对称粒子的配对产生,每个粒子衰变为可观察到的标准模型粒子和检测器中的LSP。

识别缺失的能量

这些搜索的主要挑战是暗物质候选粒子将逃离ATLAS探测器而不留下可见信号。它们的存在只能通过碰撞缺失的横向动量(ETmiss)的大小来推断 - 在垂直于碰撞质子的平面中检测到的粒子的动量不平衡。在由大型强子对撞机(LHC)产生的众多重叠碰撞的密集环境中,可能难以将真正的ET由与检测器中可见碰撞碎片的误测量错误的假ET分离。

为了解决这一困难,ATLAS开发了一种新的ETmiss显着性变量,用于量化观察到的ETmiss来自不可检测的粒子而非误测物体的可能性。与先前完全基于重建的事件运动学的计算不同,新变量还考虑在计算中使用的每个重建粒子的分辨率和误识别概率。这有助于更有效地区分真假ETmiss事件,如图1所示,从而提高ATLAS识别和部分重建暗物质粒子的能力。

应用新的重建技术

两个新的ATLAS搜索都将这种新的重建技术应用于完整的Run 2数据集。一次搜索分别寻找生产charginos(玻色子的带电超级配偶)和睡眠(轻子的超级配偶)的配对产生,它们衰变为两个电子或μ子,并且由于逃逸的LSP而产生大的ETmiss。这些信号的提取非常具有挑战性,因为它们看起来类似于标准模型的diboson过程,其中一些(尽管较少)ETmiss由不可见的中微子产生。选择具有高ETmiss重要性的事件以及帮助区分信号与背景的其他几个变量。在背景预期中数据没有明显过剩的情况下,对所考虑的超对称情景有很大的限制,如图2所示。

第二个新的搜索目标是超对称底部夸克(底夸克的超级分子)的对生产,它们都衰变到涉及希格斯玻色子和LSP(加上另外的b-夸克)的最终状态。然后 - 目标Higgs玻色子衰变为两个b夸克,因为预计它将在58%的时间内发生 - 在ATLAS探测器中测量的最终状态将具有独特的特征:与多达六个强子粒子射流相关的大ET,起源于b夸克。同样,在此搜索中未发现数据显着过多。

这两个结果都对重要的超对称场景设置了强大的约束,这将指导未来的ATLAS搜索。此外,他们提供了一个例子,说明新型重建技术如何帮助提高大型强子对撞机新物理搜索的灵敏度。

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