La recherche en cours de la collaboration ATLAS pour la supersymétrie

La recherche de la Supersymétrie, une théorie qui suggère qu'il existe une particule partenaire pour chaque particule connue, a pris de l'ampleur depuis la découverte du boson de Higgs en 2012. L'expérience ATLAS au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN est à la pointe de cette recherche. Cet article résume les efforts fournis par la collaboration ATLAS pour trouver des preuves de la supersymétrie, en utilisant des données issues de collisions de particules à haute énergie.

#Qu'est-ce que la Supersymétrie ?

La supersymétrie (SUSY) propose que chaque particule fondamentale du Modèle Standard a un superpartenaire. Ces superpartenaires pourraient aider à expliquer plusieurs énigmes en physique des particules, comme la stabilité de la masse du boson de Higgs et la nature de la matière noire. En SUSY, des particules que l'on connaît, comme les électrons, ont des homologues plus lourds appelés Sleptons, tandis que les quarks ont des partenaires Squarks.

#Le Détecteur ATLAS

Le détecteur ATLAS est un grand dispositif utilisé pour observer les particules produites lors de collisions à haute énergie. Il est conçu pour détecter divers types de particules, y compris les électrons, les muons et les jets de quarks. Le détecteur a plusieurs composants, comme le système de suivi interne, des calorimètres pour mesurer l'énergie, et un spectromètre de muons pour traquer les muons.

#La Recherche de la Supersymétrie

La collaboration ATLAS a mené de nombreuses recherches pour détecter des particules SUSY. Cela implique de chercher des types spécifiques d'événements qui indiqueraient la présence de particules supersymétriques. Les stratégies utilisées dépendent des comportements prévus de ces particules.

#Types de Particules Suspectées

1. Gluinos et Squarks : Ce sont les superpartenaires des gluons et des quarks. Leur production devrait donner des signatures distinctes dans les événements collectés par ATLAS. Les recherches se sont concentrées sur des événements avec des jets d'énergie élevée et de l'énergie manquante, ce qui pourrait indiquer la présence de particules non détectées.

2. Electroweakinos : Ce sont les superpartenaires des bosons de jauge électrofaibles et on s'attend généralement à ce qu'ils soient plus légers que les gluinos. Ils se désintègrent en leptons et fournissent des signatures claires pour la détection.

3. Sleptons : Ce sont les superpartenaires de leptons comme les électrons et les muons. Les recherches pour les sleptons examinent souvent des événements avec plusieurs leptons dans l'état final.

#Techniques d'Analyse

La collaboration ATLAS utilise différentes techniques pour analyser les données et rechercher la SUSY. L'objectif est de construire des modèles qui prédisent comment les particules SUSY se comporteraient et d'utiliser ces informations pour identifier des signaux potentiels dans les données.

#Modèles Simplifiés

Pour rendre l'analyse plus gérable, les chercheurs utilisent souvent des modèles simplifiés. Ces modèles supposent un scénario spécifique où seuls quelques types de particules SUSY sont impliqués dans un événement de collision. Cela permet aux scientifiques de se concentrer sur des signatures claires, bien qu'ils ne représentent pas toutes les interactions possibles dans des modèles plus complexes.

#Sélection d'Événements

Les données du LHC sont continuellement surveillées, et un système de déclenchement à deux niveaux sélectionne les événements à enregistrer pour une analyse plus approfondie. Les événements qui passent certains critères sont analysés pour déterminer s'ils correspondent aux motifs attendus des interactions SUSY.

#Résultats de la Recherche

La collaboration ATLAS a établi des limites sur les masses de diverses particules SUSY en fonction des données collectées. Ces limites indiquent la plage de masses que les particules SUSY pourraient avoir tout en restant cohérentes avec les données observées.

#Recherches sur les Gluinos et Squarks

Les recherches sur les gluinos et squarks ont été très étendues. La collaboration a exploré de nombreux scénarios de désintégration, chacun menant à différents états finaux. Les résultats suggèrent que les gluinos ne sont pas présents en dessous d'une certaine plage de masse, fournissant ainsi des informations précieuses sur les modèles SUSY possibles.

#Recherches sur les Electroweakinos

La recherche d'electroweakinos a montré un schéma différent. La collaboration a établi des limites d'exclusion sur les masses de ces particules. Ces recherches donnent souvent des signaux clairs, ce qui les rend plus faciles à analyser par rapport aux particules interagissant fortement comme les gluinos et squarks.

#Recherches sur les Sleptons

Les recherches sur les sleptons ont également donné des résultats significatifs. La collaboration ATLAS a établi des limites sur les masses des sleptons, indiquant que les partenaires dormants des électrons et des muons ne sont pas non plus présents en dessous de certains seuils de masse.

#Estimation de l'Arrière-Plan

L'un des défis majeurs pour détecter les particules SUSY est de les distinguer des événements de fond causés par des processus connus du Modèle Standard. La collaboration utilise diverses techniques d'estimation de l'arrière-plan pour séparer les signaux SUSY potentiels des interactions de particules ordinaires.

#Arrière-plans Réductibles

Ce sont des événements qui peuvent imiter les signatures attendues des particules SUSY. Des exemples incluent des jets qui ressemblent accidentellement à des leptons. La collaboration ATLAS utilise des stratégies pour estimer ces arrière-plans de manière fiable.

#Arrière-plans Irréductibles

Ce sont des événements du Modèle Standard qui correspondent vraiment aux signatures attendues des recherches SUSY. Ces événements de fond sont plus difficiles à estimer et nécessitent un modelage attentif et une comparaison avec les données expérimentales.

#Interprétation des Résultats

Les résultats des recherches sont interprétés pour établir des limites sur les paramètres SUSY. Si une certaine plage de masse d'une particule SUSY est exclue, cela peut informer les théoriciens sur la viabilité de différents modèles SUSY.

#Combinaison des Résultats

La collaboration combine souvent les résultats de différents canaux de recherche pour améliorer la sensibilité. Cette approche aide à couvrir divers scénarios et fournit une image plus complète du paysage SUSY.

#Particules à Longue Durée de Vie

Certaines particules SUSY pourraient ne pas se désintégrer immédiatement mais avoir des durées de vie beaucoup plus longues. Ces particules pourraient laisser des signatures uniques qui diffèrent considérablement de celles des particules qui se désintègrent rapidement. La collaboration ATLAS a lancé des recherches spécifiquement ciblées sur les particules SUSY à longue durée de vie.

#Perspectives Futures et Conclusion

Alors que le LHC continue de fonctionner et de collecter plus de données, la recherche de la supersymétrie évoluera. La collaboration ATLAS reste déterminée à affiner ses techniques et à élargir les critères de recherche.

En conclusion, les efforts de la collaboration ATLAS soulignent la quête continue pour trouver des preuves de la supersymétrie. Bien qu'aucune preuve définitive n'ait encore été trouvée, les contraintes imposées sur diverses particules SUSY offrent des idées précieuses sur les extensions possibles du Modèle Standard. La nature exacte des particules et des forces fondamentales de l'univers reste un domaine fascinant d'exploration en physique moderne.