Simulação ATLAS mostrando uma hipotética nova partícula carregada (χ1 +) atravessando as quatro camadas do sistema de pixels e decaindo para uma partícula neutra invisível (χ10) e um píon não detectado (π +). Os quadrados vermelhos representam as interações das partículas com o detector. Crédito:ATLAS Collaboration / CERN
A natureza surpreendeu os físicos muitas vezes na história e certamente o fará novamente. Portanto, os físicos devem manter a mente aberta ao pesquisar fenômenos além do Modelo Padrão.
Algumas teorias prevêem a existência de novas partículas que vivem por um tempo muito curto. Essas partículas decairiam em partículas conhecidas que interagem com os sofisticados "olhos" do ATLAS Experiment no CERN. Contudo, pode não ser o caso. Uma alternativa cada vez mais popular é que algumas dessas novas partículas podem ter massas muito próximas umas das outras, e, portanto, viajaria alguma distância antes de decair. Isso permite a possibilidade intrigante de diretamente observando um novo tipo de partícula com o experimento ATLAS, em vez de reconstruí-lo por meio de seus produtos de decaimento, como os físicos fazem, por exemplo, para o bóson de Higgs.
Um cenário atraente prevê a existência de uma nova partícula eletricamente carregada, um chargino (χ 1 ± ), que pode viver o suficiente para viajar algumas dezenas de centímetros antes de se decompor em uma partícula neutra invisível de interação fraca, um neutralino (χ 1 0 ) Um píon carregado também seria produzido na decomposição, mas, devido à massa muito semelhante do chargino e do neutralino, sua energia não seria suficiente para ser detectado. Conforme mostrado na Figura 1, as simulações prevêem uma assinatura bastante espetacular de uma partícula carregada "desaparecendo" devido aos produtos de decaimento não detectados.
O número de trilhas curtas reconstruídas (tracklets) em função de seu momento transversal (pT). Os dados ATLAS (pontos pretos) são comparados com a contribuição esperada das fontes de fundo (a linha sólida cinza mostra o total). Uma nova partícula apareceria como uma contribuição adicional em grande pT, como mostrado, por exemplo, pela linha vermelha tracejada. O painel inferior mostra a proporção dos dados e as previsões de fundo. A banda de erro mostra a incerteza da expectativa de fundo, incluindo incertezas estatísticas e sistemáticas. Crédito:ATLAS Collaboration / CERN
Os físicos do ATLAS desenvolveram algoritmos dedicados para observar diretamente as partículas carregadas viajando a apenas 12 centímetros de sua origem. Graças ao novo Insertable B-Layer no experimento ATLAS, esses algoritmos mostram desempenho aprimorado reconstruindo tais partículas carregadas que não vivem o suficiente para interagir com outros sistemas detectores. Até aqui, a abundância e as propriedades das partículas observadas estão de acordo com o que se espera de processos de fundo conhecidos.
Novos resultados apresentados na conferência Moriond Electroweak de 2017 estabeleceram limites muito rígidos sobre a massa que essas partículas podem ter, se eles existem. Esses limites restringem severamente um tipo importante de matéria escura de supersimetria. Embora nenhuma nova partícula tenha sido observada, Os físicos do ATLAS continuam a busca por esse "arco perdido". Fique ligado!
