Recherche de particules supersymétriques au LHC

La recherche en physique des particules cherche souvent des signes de nouvelles particules qui pourraient expliquer les mystères de l'univers. Un des domaines d'intérêt, c'est la supersymétrie, une théorie qui dit que chaque particule a un partenaire plus lourd. Parmi ces partenaires, il y a les winos et les higgsinos, qui sont des types de particules prévues par la théorie. Cet article parle d'une recherche spécifique pour ces particules en utilisant des Données de collision provenant du Détecteur ATLAs au Grand collisionneur de hadrons.

#Le détecteur ATLAS

Le détecteur ATLAS est un gros dispositif compliqué situé au Grand collisionneur de hadrons (LHC). Il est conçu pour observer les particules créées lors des collisions de protons à très haute énergie. Le détecteur est constitué de plusieurs composants qui aident à suivre et identifier les différentes particules produites lors de ces collisions.

La partie intérieure d'ATLAS a un système de suivi qui mesure les trajectoires des particules chargées. Autour de ça, il y a des calorimètres qui mesurent l'énergie des particules, à la fois électromagnétiques et hadroniques. Enfin, il y a un spectromètre à muons qui identifie et mesure les muons, un type de particule similaire aux électrons.

#Données de collision

Les données analysées dans cette recherche proviennent de collisions proton-proton enregistrées entre 2015 et 2018. Pendant cette période, le LHC a fonctionné à une très haute luminosité, permettant d'étudier un grand nombre de collisions. Le total des données collectées est mesuré en femtobarns, une unité de surface utilisée en physique des particules.

#Méthodologie de recherche

Cette recherche cible spécifiquement les événements où deux leptons (électrons ou muons) ont la même charge électrique ou où trois leptons sont présents. Les leptons de même signe sont rares dans le modèle standard de la physique des particules, ce qui en fait une signature utile pour chercher de nouvelles particules.

En analysant les données de collision, les chercheurs peuvent chercher des motifs qui diffèrent de ce qui est attendu selon les théories actuelles. S'il y a plus d'événements que prévu, ça pourrait indiquer de la nouvelle physique, comme la production de particules supersymétriques.

#Régions de signal

L'analyse est divisée en plusieurs "régions de signal", qui sont des ensembles de critères spécifiques conçus pour optimiser les chances de détecter les winos et les higgsinos. Chaque région de signal est définie par des facteurs comme le nombre de leptons, l'énergie des particules et le nombre de jets produits lors de la collision.

Différentes régions de signal ciblent différents modèles théoriques de supersymétrie. En créant plusieurs régions, les chercheurs peuvent améliorer la sensibilité globale de l'analyse et potentiellement identifier de nouvelles physiquess.

#Estimation de l'arrière-plan

Dans toute analyse de physique des particules, il est essentiel de distinguer les signaux réels de nouvelle physique des événements d'arrière-plan normaux issus des processus du modèle standard. Les événements d'arrière-plan sont ceux qui se produisent naturellement et peuvent imiter les signaux recherchés par les chercheurs.

L'estimation de ces événements d'arrière-plan implique de simuler les processus attendus et de les comparer avec les données réelles. Ça aide à identifier combien des événements observés pourraient être dus à une physique connue plutôt qu'à de potentielles nouvelles particules.

#Analyse des résultats

Une fois que les données ont été analysées à travers les régions de signal définies et les estimations d'arrière-plan, les résultats montrent qu'il n'y a pas d'excès significatif d'événements au-delà de ce que le modèle standard prédit. Cette découverte suggère que si les winos et les higgsinos existent, ils doivent être soit plus lourds que prévu, soit produits de manière à ne pas être capturés lors de cette recherche spécifique.

#Limites d'exclusion

Les résultats de l'analyse permettent aux scientifiques de fixer des limites d'exclusion sur les masses des particules recherchées. Pour les winos, il a été établi que des particules avec certaines masses sont exclues de la considération en fonction des données collectées. Par exemple, des winos avec certains niveaux de masse ne peuvent pas exister s'ils n'ont pas été détectés lors des collisions analysées.

Les limites sur les masses aident à affiner la recherche de particules dans les futures expériences, guidant les théoriciens dans leurs prédictions et pouvant potentiellement mener à de nouveaux modèles de physique des particules.

#Implications futures

Même sans trouver de preuves de winos et de higgsinos, la recherche offre des perspectives précieuses. Elle aide à établir des cadres plus solides pour les recherches futures, repoussant les limites des théories actuelles en physique des particules. Les chercheurs peuvent modifier leurs approches en fonction des limites trouvées dans cette étude, améliorant ainsi la recherche de nouvelles particules.

#Conclusion

En résumé, l'analyse des données de collision du détecteur ATLAS s'est concentrée sur la recherche de winos et de higgsinos dans des événements caractérisés par des leptons de même signe ou des événements à trois leptons. Bien qu'aucun excès significatif au-delà des attentes du modèle standard n'ait été trouvé, la recherche a amélioré notre compréhension des limites potentielles de masse de ces particules et prépare le terrain pour de futures recherches dans le domaine de la physique des particules.

Les efforts continus dans ce domaine continueront de dévoiler les mystères de l'univers, avec des chercheurs déterminés à trouver la prochaine pièce du puzzle dans la structure fondamentale de la matière.