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    A busca de uma vida inteira por partículas supersimétricas no CERN

    Dentro do detector ATLAS com a pesquisadora da UChicago, Lesya Horyn, que recentemente concluiu sua dissertação sobre a busca de sleepings de longa vida, parceiros supersimétricos do elétron existente, muon, e leptões tau. Crédito:Universidade de Chicago

    Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Chicago embarcou recentemente na busca de uma vida inteira - ou melhor, uma busca pelo tempo de vida de partículas supersimétricas de vida longa.

    A supersimetria é uma teoria proposta para expandir o modelo padrão da física de partículas. Semelhante à tabela periódica de elementos, o modelo padrão é a melhor descrição que temos para as partículas subatômicas na natureza e as forças que agem sobre elas.

    Mas os físicos sabem que este modelo está incompleto - ele não abre espaço para a gravidade ou a matéria escura, por exemplo. A supersimetria visa completar o quadro emparelhando cada partícula do Modelo Padrão com um parceiro supersimétrico, abrindo uma nova classe de partículas hipotéticas para detectar e descobrir. Em um novo estudo, Os físicos da UChicago descobriram limitações para quais propriedades esses superparceiros, se eles existem, poderia ter.

    "A supersimetria é realmente a teoria mais promissora que temos para resolver tantos problemas quanto possível no modelo padrão, "disse Tova Holmes, professor assistente da Universidade do Tennessee, Knoxville, que trabalhou no experimento como pesquisador de pós-doutorado na UChicago. "Nosso trabalho se encaixa em um esforço maior no Grande Colisor de Hádrons para reconsiderar como buscamos por novas físicas."

    O Grande Colisor de Hádrons, localizado na Europa no CERN, acelera os prótons até quase a velocidade da luz antes de forçá-los a colidir. Essas colisões próton-próton produzem uma série de partículas adicionais onde os pesquisadores esperam encontrar uma nova física.

    "Mas no Grande Colisor de Hádrons, novos eventos de física são extremamente raros e difíceis de identificar nos detritos de partículas em colisão, "disse o Prof. Young-Kee Kim, presidente do departamento de física da UChicago e co-autor do estudo, um esforço liderado inteiramente por mulheres.

    A equipe da UChicago procurou a produção de sleptons - supostos superparceiros do elétron existente, muon, e léptons tau - usando dados coletados no ATLAS, um detector de partículas no CERN. No modelo de supersimetria testado, teoriza-se que os sleptons têm longa vida, o que significa que eles podem viajar muito antes de se deteriorarem em algo detectável pelo ATLAS.

    "Uma das maneiras de perdermos a nova física é se a partícula não decair prontamente quando for produzida, "disse Holmes." Normalmente, estamos cegos para as partículas de vida longa em nossas pesquisas, porque basicamente eliminamos qualquer coisa que não se pareça com uma degradação de prompt padrão em nosso detector. "

    Espera-se que os Sleptons eventualmente se tornem seus parceiros leptônicos regulares. Mas, ao contrário dos decaimentos convencionais, esses léptons serão deslocados, o que significa que eles não apontam de volta para o ponto de colisão próton-próton original. Era essa característica única que os físicos procuravam.

    Em quatro anos de dados ATLAS coletados, Contudo, Os pesquisadores da UChicago não encontraram eventos leptônicos deslocados. Essa falta de descoberta permitiu-lhes definir o que é chamado de limite, descartando uma gama de massas e vidas que podem ter sleepptons longevos.

    "Temos pelo menos 95% de certeza de que, caso exista um trenó neste modelo, não tem as massas e vidas nas porções sombreadas deste gráfico, "disse Lesya Horyn, recém-formado Ph.D. de UChicago, que concluiu recentemente sua dissertação sobre esta medição.

    Um resultado nulo decepciona a equipe? De jeito nenhum.

    "Não encontrar nada diz muito a você, "Disse Horyn. Saber que os sleptons de longa vida não têm certas massas e vidas informa os pesquisadores sobre onde focar as pesquisas futuras.

    "Do meu ponto de vista, esta pesquisa era a primeira coisa que os teóricos diziam ter coberto, "Holmes disse." Parecia que poderíamos fazer isso - e fizemos! "

    O resultado energizou a equipe para ultrapassar os limites ainda mais. Em algum momento da próxima década, o Grande Colisor de Hádrons entrará em seu desligamento periódico, deixando bastante tempo para o hardware ATLAS ser atualizado.

    "Esta foi uma primeira passagem na análise, então definitivamente há lugares para melhorar, "Horyn disse.

    Uma atualização urgente será uma reformulação do sistema de gatilhos, que seleciona se os eventos devem ser salvos ou descartados. O gatilho está atualmente otimizado para armazenar decaimentos de partículas de vida curta, não os sleptons de longa duração centrais para essa pesquisa de supersimetria.

    Melhorias mais imediatas podem ser feitas sem esperar pelo desligamento.

    "As etapas futuras podem incluir a busca pelo mesmo modelo usando dados mais robustos das próximas execuções do Large Hadron Collider, "disse Xiaohe Jia, um estudante de graduação em Harvard que trabalhou no experimento como estudante de graduação da UChicago. Outra rota para explorar, ela disse, poderia estar usando técnicas semelhantes para expandir a pesquisa de partículas de longa duração além de apenas sleepons.

    Por enquanto, a conclusão do Modelo Padrão permanece um mistério, mas a equipe está orgulhosa por ter liderado uma primeira busca por este modelo de supersimetria no ATLAS.

    "Descobrir uma nova física é como encontrar uma agulha em um palheiro, "Kim disse." Embora não tenhamos visto nada nos dados atuais, há uma grande oportunidade para o futuro! "


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