ATLAS impose des limites strictes à l’existence de particules de matière noire supersymétriques

Si de nouvelles particules apparaissent, le Grand collisionneur de hadrons (LHC) est l’endroit idéal pour les rechercher. La théorie de la supersymétrie suggère qu’une toute nouvelle famille de particules partenaires existe pour chacune des particules fondamentales connues. Bien que cela puisse paraître extravagant, ces particules partenaires pourraient combler diverses lacunes des connaissances scientifiques actuelles, telles que la source de la mystérieuse matière noire dans l’univers, la petite masse « anormalement » du boson de Higgs, la manière anormale dont le muon tourne et même la relation entre les différentes forces de la nature. Mais si ces particules supersymétriques existent, où pourraient-elles se cacher ?

C’est ce que les physiciens du LHC ont tenté de découvrir. étude À partir des données de collision proton-proton de la deuxième exploitation du LHC (2015-2018), la collaboration ATLAS fournit l’aperçu le plus complet à ce jour de ses recherches sur certains des types les plus insaisissables de particules supersymétriques, celles qui ne seraient que rarement produites par le biais du force nucléaire « faible » ou force électromagnétique. La plus légère de ces particules supersymétriques à interaction faible pourrait être la source de matière noire.

L’énergie de collision accrue et le taux de collision plus élevé fournis par l’exécution 2, ainsi que de nouveaux algorithmes de recherche et techniques d’apprentissage automatique, ont permis une exploration plus approfondie de ce territoire difficile à atteindre qu’est la supersymétrie.

Les physiciens d’ATLAS ont rassemblé les résultats de huit recherches, chacune cherchant des preuves de particules supersymétriques d’une manière différente. La puissance et la sensibilité combinées des différentes stratégies de recherche ont permis aux chercheurs d’ATLAS d’étudier des dizaines de milliers de modèles de supersymétrie, chacun avec des prédictions différentes sur les masses des particules supersymétriques.

Ces recherches ATLAS ont une sensibilité sans précédent et explorent un large éventail de masses de particules supersymétriques. Les physiciens d’ATLAS ont recherché des preuves de la matière noire « fabriquée en laboratoire », c’est-à-dire de la matière noire créée lors des collisions du LHC. Leurs recherches se sont révélées complémentaires à d’autres expériences visant à rechercher la matière noire naturelle, « relique », laissée par le Big Bang. Contrairement aux recherches de collisionneurs, qui n’ont pas besoin de voir la matière noire pour déduire sa présence, ces dernières expériences reposent sur la probabilité suffisamment grande que des particules de matière noire heurtent des matériaux normaux et soient donc détectées.

L’une des découvertes les plus significatives de cette combinaison de recherches est que certaines régions de masses de particules supersymétriques qui étaient auparavant considérées favorablement, où la particule de matière noire a environ la moitié de la masse du boson Z ou du boson de Higgs, ont maintenant été presque totalement détruites. exclu.

Un autre avantage d’une étude aussi approfondie est de comprendre quels modèles de supersymétrie n’ont pas encore été explorés. ATLAS a présenté des exemples de ces modèles survivants, qui peuvent être utilisés pour optimiser les recherches futures. Même si les cachettes possibles des particules supersymétriques sont systématiquement réduites, de nombreux modèles restent obstinément évasifs. Améliorer la sensibilité des recherches ATLAS à ces modèles nécessitera davantage de données sur les collisions et de nouveaux développements intelligents dans la stratégie de recherche.