Cercando i Gluini: Un Passo nella Supersimmetria

Nella ricerca di capire l'universo, gli scienziati hanno sviluppato teorie che cercano di descrivere le forze e le particelle fondamentali. Una di queste teorie si chiama supersimmetria, o SUSY per gli amiconi. Suggerisce che ogni particella conosciuta, come elettroni e quark, ha una particella partner. Queste particelle partner potrebbero aiutare a spiegare alcuni misteri nella fisica, come mai certe particelle hanno massa e come si inserisce la gravità nel quadro generale.

#Cos'è la R-parità?

Nella supersimmetria, viene spesso introdotta una regola speciale chiamata R-parità. La R-parità aiuta a prevenire certi eventi indesiderati, come il rapido decadimento dei protoni. Questa regola rende anche la particella partner più leggera stabile, il che significa che può essere un candidato per la materia oscura. La materia oscura è una sostanza invisibile nell'universo che costituisce una grande parte della sua massa totale. Tuttavia, gli scienziati hanno scoperto che non c'è una ragione forte per attenersi rigidamente alla R-parità. Di conseguenza, ci sono modelli di supersimmetria che non seguono questa regola, chiamati modelli che violano la R-parità (RPV).

#L'importanza dei Gluini

Nei modelli RPV, una particella interessante si chiama gluino. I gluini sono le particelle partner dei gluoni, che sono responsabili di tenere uniti i quark dentro protoni e neutroni. In molti scenari, è plausibile che due gluini possano essere prodotti insieme in collisioni ad alta energia, come quelle che avvengono al Large Hadron Collider (LHC).

#L'Esperimento ATLAS

Il rivelatore ATLAS all'LHC è progettato per studiare le particelle prodotte in collisioni ad alta energia. Raccoglie dati da molte collisioni per cercare nuove particelle e fenomeni. L'esperimento ATLAS ha iniziato a raccogliere dati dal 2015, e gli scienziati usano queste informazioni per cercare segni di nuova fisica, inclusa la supersimmetria.

#La ricerca della supersimmetria che viola la R-parità

Recentemente, è stato condotto uno studio utilizzando i dati dal rivelatore ATLAS per cercare segni di supersimmetria che viola la R-parità. L'attenzione si è concentrata su eventi specifici che producevano molti jet, che sono spruzzi di particelle risultanti dalle collisioni. L'obiettivo era vedere se apparivano eventi inaspettati, indicando la presenza di gluini.

#Raccolta Dati

Il rivelatore ATLAS ha raccolto una grande quantità di dati da collisioni protoni-protoni. Questi dati sono stati usati per cercare gluini e i loro decadimenti in jet. Sono stati utilizzati in totale 140 inverse femtobarn di dati in questa ricerca, che è una misura di quante collisioni i rivelatori hanno registrato nel tempo.

#Analisi degli Eventi

L'analisi ha coinvolto l'identificazione di diversi tipi di jet prodotti nelle collisioni. Gli scienziati hanno cercato eventi con un alto numero di jet e hanno usato due metodi principali per distinguere tra eventi normali di fondo e potenziali segnali da gluini.

#Metodo 1: Conteggio Jet

Nel primo metodo, chiamato conteggio jet, gli scienziati hanno stabilito criteri specifici per eventi che richiedevano un alto numero di jet. Definendo diverse aree in base al numero di jet presenti, potevano confrontare i dati osservati con ciò che ci si aspettava dai processi del modello standard.

#Definizione delle Aree di Segnale

Le aree di segnale sono state definite in base al numero totale di jet e ai loro livelli di energia. Stimando con attenzione il numero di eventi di fondo, gli scienziati potevano controllare se c'era un eccesso di eventi in queste aree.

#Stima del Fondo

Il fondo dominante per questa analisi proveniva da quelli che vengono chiamati eventi multijet, che sono comuni nelle collisioni di particelle. Gli scienziati hanno sviluppato un metodo per stimare il numero atteso di eventi di fondo nelle aree di segnale, usando aree di controllo con criteri diversi per un confronto migliore.

#Metodo 2: Risonanza di Massa

Il secondo metodo impiegato si chiamava risonanza di massa. Questo approccio mirava a identificare un picco nella distribuzione della massa dei potenziali candidati gluini. Cercando segnali specifici nello spettro di massa, i ricercatori potevano distinguere gli eventi di gluini dal rumore di fondo.

#Combinare i Jet per Formare Candidati di Massa

In questo metodo, gli scienziati hanno usato tecniche di machine learning per aiutare ad associare i jet ai gluini. La sfida era determinare quali jet appartenevano a quale gluino. È stata creata una rete neurale per analizzare i dati e fare queste assegnazioni con maggiore accuratezza.

#Ricerca di Eccessi nello Spettro di Massa

Dopo aver identificato possibili candidati gluini, i ricercatori hanno cercato eccessi localizzati nella massa ricostruita. Questo è importante perché un chiaro picco nello spettro di massa indicherebbe la presenza di nuova fisica, in particolare la produzione di gluini.

#Risultati

Dopo aver analizzato a fondo i dati raccolti utilizzando entrambi i metodi, i ricercatori non hanno trovato un eccesso significativo di eventi che potessero essere attribuiti ai gluini. I risultati hanno mostrato coerenza con gli esiti attesi basati sul modello standard della fisica delle particelle.

#Definizione dei Limiti di Esclusione

Anche se non è stato trovato alcun eccesso, i ricercatori sono stati in grado di stabilire limiti di esclusione sulle masse dei gluini. Per lo scenario in cui i gluini decadono direttamente in tre jet, lo studio ha escluso gluini con massa fino a 1800 GeV. Nello scenario alternativo, dove i gluini decadono in jet e un neutralino, i limiti sono arrivati fino a 2340 GeV per casi specifici.

#Implicazioni dei Risultati

I risultati di questa ricerca hanno importanti implicazioni per la nostra comprensione della fisica delle particelle. Anche se non sono state rilevate nuove particelle, i limiti di esclusione forniscono informazioni preziose sulle masse possibili dei gluini nei modelli RPV. Questo aiuta a rifinire le teorie attuali e guida le future ricerche.

#Conclusione

La ricerca della supersimmetria che viola la R-parità all'LHC rappresenta un impegno significativo per scoprire nuova fisica. Usando tecniche avanzate e un grande dataset, i ricercatori stanno spingendo i confini della nostra conoscenza. Anche se non sono state trovate prove dirette di gluini, i risultati arricchiscono la nostra comprensione delle interazioni delle particelle e del potenziale per nuove scoperte in futuro.

#Riconoscimenti

I ricercatori coinvolti in questi studi esprimono gratitudine per il supporto di varie istituzioni e per il funzionamento riuscito dell'LHC. La scienza moderna si basa su sforzi collettivi per esplorare domande fondamentali sull'universo, e questa ricerca è una testimonianza di quella collaborazione.