Recherche de la supersymétrie au LHC

Les scientifiques cherchent toujours à mieux comprendre l'univers. Un domaine d'étude qui attire beaucoup d'attention, c'est la Supersymétrie, une théorie qui propose l'existence de nouvelles particules. Ces particules seraient des homologues de celles que l'on connaît déjà, mais avec des spins différents. Cette recherche est super importante car elle pourrait aider à résoudre certaines questions fondamentales sur notre univers, y compris celles liées à la matière noire.

#Le Grand collisionneur de hadrons

Le Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) est l'accélérateur de particules le plus grand et puissant au monde. Il fait entrer en collision des protons à des énergies très élevées pour créer des conditions similaires à celles juste après le Big Bang. Le détecteur ATLAS est l'un des principaux instruments du LHC, conçu pour observer les particules produites lors de ces collisions.

#Supersymétrie expliquée

La supersymétrie, souvent abrégée en SUSY, propose que chaque particule du Modèle Standard a une particule partenaire. Par exemple, une particule appelée fermion aurait un boson correspondant. La SUSY pourrait expliquer pourquoi certaines particules ont une masse et pourrait aussi donner un aperçu sur la matière noire, qui constitue une part significative de l'univers mais n'est pas directement observée.

#À la recherche de la supersymétrie

Dans notre étude, on se concentre sur la recherche de signes de SUSY en utilisant des méthodes spécifiques, notamment à travers des événements où des particules sont produites par Fusion de bosons vecteurs. Cela signifie qu'on cherche deux jets de particules à haute énergie avec un écart important entre eux dans ce qu'on appelle la pseudorapidité, en plus d'un moment transverse manquant caractéristique.

#Fusion de bosons vecteurs

La fusion de bosons vecteurs est un type spécifique d'interaction où deux bosons vecteurs entrent en collision, menant à la production de nouvelles particules. Cette méthode est super utile pour identifier les événements SUSY car elle fournit des signatures claires qui peuvent aider à séparer les signaux SUSY des bruits de fond créés par les interactions de particules ordinaires.

#Moment transverse manquant

Le moment transverse manquant est un aspect crucial de notre analyse. Quand des particules sont produites lors des collisions, toutes ne sont pas détectées. Certaines, comme les particules supersymétriques légères (LSP), échappent au détecteur. On mesure le moment transverse manquant pour indiquer leur présence.

#Collecte de données

Pour mener notre recherche, on a utilisé 140 fb de données provenant de collisions proton-proton collectées par le détecteur ATLAS. Les événements ont été soigneusement sélectionnés en fonction de la présence d'au moins deux jets et d'un grand moment transverse manquant, sans leptons détectés (électrons ou muons).

#Sélection des événements

L'analyse des données s'est concentrée sur l'identification des événements où deux jets étaient produits, séparés par un écart significatif en pseudorapidité et accompagnés d'un moment transverse manquant. De plus, on a exclu les événements contenant des leptons, ce qui aide à isoler les signaux SUSY des interactions de particules classiques qu'on observe.

#Arbre de décision boosté

Pour améliorer la séparation des signaux SUSY du bruit de fond, on a utilisé une technique d'apprentissage automatique connue sous le nom d'arbre de décision boosté (BDT). Cette méthode a été entraînée à l'aide d'événements SUSY simulés et de bruits de fond du Modèle Standard, aidant à identifier les événements plus susceptibles d'être associés à la SUSY.

#Résultats et découvertes

Après avoir analysé les données, on a trouvé que les résultats réels étaient conformes aux prédictions du Modèle Standard, indiquant qu'il n'y avait pas de preuve significative de particules SUSY dans les événements étudiés.

#Interprétation des résultats

Nos résultats ont été interprétés à travers des modèles simplifiés de supersymétrie. On s'est concentré sur des scénarios où le partenaire supersymétrique le plus léger est similaire en masse à d'autres particules dans un scénario de masse dégénérée. En analysant les données, on a établi des limites inférieures sur les masses de divers partenaires SUSY.

#Défis de détection

Détecter des signaux SUSY potentiels présente de nombreux défis. Le faible moment des produits de désintégration des particules SUSY les rend souvent difficiles à détecter. C'est particulièrement vrai dans les scénarios de masse comprimée, où les particules produites sont presque égales en masse, entraînant des produits de désintégration doux qui échappent à la détection.

#Bruit de fond

Un défi majeur pour identifier la SUSY est le bruit de fond écrasant provenant des processus du Modèle Standard. Des événements comme la production forte ou la production de bosons électrofaibles peuvent imiter les signatures que nous recherchons, compliquant l'identification des vrais événements SUSY.

#Stratégies d'amélioration

Pour améliorer notre recherche de SUSY, on a mis en place des stratégies pour augmenter notre sensibilité aux signaux potentiels. Cela incluait l'exigence d'une activité hadronique supplémentaire dans les événements, ce qui entraîne un important surcroît de particules et aide à détecter des produits de désintégration plus doux.

#Analyse finale

Après une analyse approfondie et l'application de nos critères de sélection, on a conclu que les événements détectés étaient conformes au bruit de fond attendu du Modèle Standard. Bien qu'il n'y ait pas de preuves de nouvelles particules SUSY, on a dérivé des limites sur leurs masses qui sont plus strictes que les limites précédemment établies.

#Conclusions

La recherche de la SUSY au LHC reste un domaine de recherche crucial. Bien qu'on n'ait pas trouvé de preuves significatives de nouvelles particules, les résultats de notre étude ont fourni des aperçus précieux et de nouvelles contraintes sur les scénarios SUSY potentiels. Les recherches futures continueront à affiner les techniques et l'analyse des données pour améliorer les chances de découvrir de nouvelles physiquess au-delà du Modèle Standard.

#Remerciements

On exprime notre gratitude aux organisations et équipes qui soutiennent cet effort scientifique vital. Le travail effectué au LHC représente un effort collectif impliquant de nombreuses institutions, chercheurs et ressources travaillant ensemble pour approfondir notre compréhension de l'univers.