A supersimetria é uma extensão do modelo padrão que pode explicar a origem da matéria escura e abrir caminho para uma grande teoria unificada da natureza. Para cada partícula do Modelo Padrão, a supersimetria apresenta um novo e exótico "superparceiro, "que pode ser produzida em colisões próton-próton. A busca por essas partículas é atualmente uma das principais prioridades do programa de física do LHC. Uma descoberta transformaria nossa compreensão dos blocos de construção da matéria e das forças fundamentais, levando a uma mudança de paradigma na física semelhante a quando a relatividade de Einstein substituiu a física newtoniana clássica no início dos anos 20 ^º século.

Partículas supersimétricas (ou "espartículas") são agrupadas em duas categorias com propriedades diferentes que dependem da intensidade de suas interações com os prótons. Partículas de forte interação podem ser produzidas com grandes taxas e levar ao acerto, eventos energéticos no detector. Espartículas de interação fraca são produzidas em taxas mais baixas e levam a assinaturas menos marcantes, tornando-os mais difíceis de distinguir dos processos em segundo plano do Modelo Padrão.

Uma vez que a energia de colisão do LHC foi aumentada de 8 para 13 trilhões de elétron-volts (TeV) na Execução 2 para aumentar o alcance da descoberta, uma ampla variedade de pesquisas por espartículas de forte interação foram realizadas. Os resultados nulos nessas pesquisas indicam que, se existirem, espartículas de interação forte devem ser muito pesadas - pelo menos várias centenas de vezes mais pesadas que o próton. Devido às taxas de produção menores, amostras de dados maiores são necessárias para sondar espartículas de interação fraca, e critérios de seleção mais otimizados são necessários para separar o pequeno sinal do fundo.

Os físicos do ATLAS apresentaram uma das pesquisas da primeira corrida 2 para espartículas de interação fraca na conferência LHCP 2017. A pesquisa visa a produção de espartículas chamadas charginos, neutralinos pesados, e sleptons. Se produzido no LHC, essas partículas decairiam em léptons (elétrons ou seus primos mais pesados, os múons) e partículas estáveis ​​de matéria escura chamadas neutralinos leves. Esses neutralinos de matéria escura carregariam energia invisível, uma vez que não interagem com o detector, levando a eventos de colisão desequilibrada que parecem violar a conservação do momento. Este "momento transversal ausente" é a assinatura chave explorada pelo detector ATLAS para inferir a produção de partículas de matéria escura.

A análise selecionou eventos de colisão contendo dois ou três elétrons e múons e grande momento transversal ausente. A figura mostra a distribuição medida (pontos de dados) do momento transversal em falta em eventos com três leptões, em comparação com o esperado do Modelo Padrão (histograma colorido). Nenhum desvio significativo da expectativa foi observado. Os resultados foram usados ​​para definir limites rigorosos em espartículas de interação fraca com massas tão grandes quanto 1150 bilhões de elétron-volts (GeV), as partículas mais pesadas já testadas no ATLAS.

As espartículas de interação fraca podem ter iludido a detecção nesta pesquisa se forem produzidas com taxas muito pequenas ou se não produzirem muita energia no detector. Ambos os recursos são esperados em modelos com higgsinos leves, os superparceiros do bóson de Higgs. Pesquisas futuras explorarão amostras de dados maiores para obter sensibilidade para taxas de produção ainda menores. Melhorias nessas pesquisas estão em andamento, empregando limiares de momentum leptônicos reduzidos e novas variáveis ​​de discriminação de sinal versus fundo para aumentar a sensibilidade aos modelos que produzem ainda menos energia no detector. Uma descoberta nessas pesquisas pode lançar luz sobre a natureza da matéria escura e ajudar a resolver o "problema de hierarquia, "uma deficiência teórica fundamental do Modelo Padrão levando a uma massa do bóson de Higgs prevista que é cerca de 16 ordens de magnitude grande demais.