Midiendo el momento transverso faltante en colisiones de protones-protones

Este artículo habla sobre las medidas de eventos que tienen Momento Transversal faltante y Jets en experimentos usando el detector ATLAS. Estos eventos ocurren durante colisiones de protones a alta energía de 13 TeV. La idea es entender qué tan a menudo suceden estos eventos y compararlos con las predicciones teóricas.

#Contexto

Los experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) buscan confirmar la validez del Modelo Estándar de la física de partículas, especialmente a niveles de energía más altos. El Modelo Estándar predice cómo interactúan las partículas y cuán a menudo ocurren ciertos eventos. Si los datos observados coinciden con las predicciones, se apoya el modelo. Sin embargo, cualquier inconsistencia podría indicar nueva física más allá del entendimiento actual, especialmente en el contexto de la Materia Oscura (DM).

#Objetivos del Experimento

Uno de los objetivos de los experimentos es medir eventos con momento transversal faltante. Este tipo de momento es crucial porque puede indicar la presencia de partículas que no se detectan, como las partículas de DM. El análisis se centra en eventos que también incluyen jets, que son corrientes de partículas resultantes de la colisión.

#Recopilación de Datos

El detector ATLAS recopiló datos con una luminosidad integrada de 140 fb durante la Carrera 2 del LHC, que tuvo lugar de 2015 a 2018. Un total de 140 fb representa la cantidad total de datos recopilados durante ese período, indicando cuántas colisiones de protones se analizaron.

El proceso de recopilación de datos comenzó seleccionando eventos relevantes basados en ciertos criterios que aseguraban el buen funcionamiento del detector. Los experimentos usaron un sistema de disparo de dos niveles para capturar eventos que valían la pena analizar. El primer nivel de disparo selecciona rápidamente eventos usando información básica, y el segundo nivel realiza un análisis más detallado, reduciendo el número de eventos aceptados a un nivel manejable.

#Criterios de Selección de Eventos

Para asegurar datos de alta calidad, se hicieron selecciones específicas para los eventos. Estos incluían los tipos de jets producidos, la presencia o ausencia de leptones cargados (como electrones y muones), y las condiciones bajo las cuales se produjeron estas partículas.

#Definiciones de Términos Clave

• Jets: Grupos de partículas resultantes de la colisión de protones, que se identifican en base a su energía y dirección.
• Momento Transversal: Una medida relacionada con el momento de las partículas en el plano perpendicular a la dirección de los haces que colisionan.
• Momento Transversal Faltante: Una cantidad calculada que representa la energía no contabilizada por partículas visibles en el evento.

#Medición de Secciones transversales

El corazón del análisis radica en calcular secciones transversales diferenciales. Una sección transversal es una forma de describir la probabilidad de que ocurra un tipo específico de interacción. Al medir con qué frecuencia ocurren ciertos eventos a diferentes niveles de energía y condiciones, los investigadores pueden aprender más sobre los procesos que ocurren durante las colisiones.

#Desenredando las Mediciones

Para corregir los efectos del detector, se aplicó un procedimiento de desenredo. Este proceso ajusta los datos medidos para reflejar mejor la verdadera distribución de eventos. Tiene en cuenta factores como la resolución y la eficiencia, permitiendo comparaciones más precisas con las predicciones teóricas.

#Predicciones Teóricas

Se utilizaron predicciones teóricas para establecer cuáles deberían ser los resultados esperados según el Modelo Estándar. También se consideraron diferentes modelos de posible nueva física, como los modelos simplificados de DM, para evaluar cómo los datos observados coincidían o diferían de estas expectativas.

#Resultados del Análisis

Los resultados de las mediciones de secciones transversales mostraron cierta alineación con las predicciones teóricas basadas en el Modelo Estándar. Sin embargo, hubo diferencias notables en ciertas áreas, particularmente en la distribución de la masa invariante de dijet.

#Comparaciones con Modelos de Materia Oscura

El análisis se extendió a comparar las mediciones contra modelos comunes de DM. Se encontró que los resultados eran comparables a las restricciones establecidas por búsquedas dedicadas de DM, mostrando la relevancia de estas mediciones en el contexto más amplio de la física de partículas.

#Discusión de Incertidumbres Sistemáticas

A lo largo del análisis, se identificaron varias fuentes de incertidumbre. Estas incertidumbres pueden surgir de diferentes factores, incluyendo la calibración del detector, la eficiencia de identificación de partículas y los modelos teóricos utilizados para comparaciones. Entender estas incertidumbres es crucial para asegurar que los resultados sean robustos y fiables.

#Implicaciones para Futuras Investigaciones

El resultado de estas mediciones abre caminos para estudios futuros. Con buena sensibilidad a nueva física, pueden guiar futuras búsquedas de nuevas partículas o interacciones que se desvíen del Modelo Estándar.

Los resultados pueden servir como información de referencia que ayudará a interpretar hallazgos de otros experimentos y en el desarrollo de nuevas teorías sobre la naturaleza fundamental de la materia.

#Conclusión

En resumen, las mediciones de eventos con momento transversal faltante y jets proporcionan información valiosa sobre el funcionamiento del universo a nivel de partículas. Al comparar los datos observados con las predicciones teóricas, el experimento ATLAS sigue contribuyendo a nuestra comprensión tanto del Modelo Estándar como de la posible nueva física más allá de él.

El esfuerzo colectivo de investigadores y la tecnología avanzada en el LHC hacen posibles estas mediciones significativas, ampliando los límites del conocimiento en la física de partículas.

#Agradecimientos

Se debe una deuda de gratitud a todas las personas y organizaciones involucradas en la operación exitosa del LHC y el experimento ATLAS. Sus contribuciones han hecho posibles estos hallazgos, allanando el camino para futuros descubrimientos en el campo de la física de partículas.