Figura 1:A massa reconstruída dos eventos candidatos selecionados decaindo para bósons WW ou ZZ, com o estado final qqqq. Os marcadores pretos representam os dados. As curvas azul e verde representam o sinal hipotético para duas massas diferentes. A curva vermelha representa os processos do modelo padrão. Crédito:ATLAS Collaboration / CERN
Embora a descoberta do bóson de Higgs pelas Colaborações ATLAS e CMS em 2012 tenha concluído o Modelo Padrão, muitos mistérios permanecem inexplicados. Por exemplo, por que a massa do bóson de Higgs é muito mais leve do que o esperado, e por que a gravidade é tão fraca?
Numerosos modelos além do Modelo Padrão tentam explicar esses mistérios. Alguns explicam a aparente fraqueza da gravidade introduzindo dimensões adicionais de espaço no qual a gravidade se propaga. Um modelo vai além disso, e considera o mundo real como um universo de dimensão superior descrito por geometria distorcida, o que leva a estados de gráviton massivos de forte interação. Outros modelos propõem, por exemplo, tipos adicionais de bósons de Higgs.
Todos esses modelos prevêem a existência de novas partículas pesadas que podem decair em pares de bósons fracos massivos (WW, WZ ou ZZ). A busca por tais partículas se beneficiou muito do aumento na energia de colisão próton-próton durante a Execução 2 do Grande Colisor de Hádrons (LHC).
Os bósons W e Z são partículas portadoras que medeiam a força fraca. Eles decaem em outras partículas do Modelo Padrão, como léptons carregados (l), neutrinos (ν) e quarks (q). Essas partículas são reconstruídas de forma diferente no detector. Quarks, por exemplo, são reconstruídos como sprays localizados de hádrons, jatos denotados. Os dois bósons podem produzir várias combinações dessas partículas nos estados finais. A ATLAS Collaboration divulgou resultados em pesquisas envolvendo todos os decaimentos relevantes do par de bósons:ννqq, llqq, lνqq e qqqq (onde o leptão é um elétron ou múon).
Figura 2:O limite da razão entre a seção transversal e a ramificação da partícula hipotética descrita por um dos modelos para os diferentes estados finais. Crédito:O limite da razão entre a seção transversal e a ramificação da partícula hipotética descrita por um dos modelos para os diferentes estados finais.
O que essas pesquisas têm em comum? Em cada, pelo menos um dos bósons decai em um par de quarks. Quando a partícula procurada é muito grande, os dois bósons de sua decadência são ejetados com momentos tão altos que seus respectivos produtos de decadência são colimados e o par de quarks se funde em um único jato grande. Esse fenômeno fornece um meio poderoso de distinguir o novo sinal da física dos processos do Modelo Padrão de interação forte. A Figura 1 mostra as distribuições da massa reconstruída da partícula candidata. A Figura 2 mostra o limite da razão entre a seção transversal e a ramificação de uma partícula hipotética descrita por um dos modelos.
Até aqui, nenhuma evidência de uma nova partícula foi observada. A pesquisa continua com maior sensibilidade à medida que o ATLAS coleta mais dados.
