Figura 1:O segundo maior evento de monojato de momentum transversal ausente nos dados do ATLAS de 2016. Um jato com momentum de 1707 GeV é indicado pelas barras verdes e amarelas correspondentes à deposição de energia nos calorímetros eletromagnéticos e hadrônicos respectivamente. O momento transversal ausente de 1735 GeV é mostrado como a linha tracejada branca no lado oposto do detector. Não foram encontrados jatos adicionais com momentum acima de 30 GeV. Crédito:ATLAS Collaboration / CERN
Observações cosmológicas e astrofísicas baseadas em interações gravitacionais indicam que a matéria descrita pelo Modelo Padrão da física de partículas constitui apenas uma pequena fração de todo o universo conhecido. Essas observações inferem a existência de matéria escura, que, se composto de partículas, teria que estar além do Modelo Padrão.
Embora a existência de matéria escura esteja bem estabelecida, sua natureza e propriedades estão entre os maiores enigmas não resolvidos da física fundamental. Excelentes candidatos para partículas de matéria escura são partículas massivas de interação fraca (WIMPs). Essas partículas "invisíveis" não podem ser detectadas diretamente por experimentos de colisão como o Experimento ATLAS.
No Grande Colisor de Hádrons (LHC), a maioria das colisões de prótons produz sprays de partículas energéticas que se agrupam nos chamados "jatos". A conservação do momento exige que, se as partículas forem reconstruídas em uma parte do detector, deve haver partículas recuando na direção oposta. Contudo, se WIMPs forem produzidos, eles não deixarão rastros no detector, causando um desequilíbrio de momento chamado "momento transversal ausente" (E T senhorita ) Contudo, um par de WIMPs pode ser produzido junto com um quark ou gluon que é irradiado de um parton entrante (um constituinte genérico do próton), produzir um jato que permite aos pesquisadores marcar esses eventos.
Os jatos + E T senhorita pesquisa analisa os estados finais em que um jato altamente energético é produzido em associação com grandes E T senhorita . Muitas teorias além das teorias do Modelo Padrão podem ser investigadas procurando um excesso de eventos com grande momento transversal ausente em comparação com a expectativa do Modelo Padrão. Entre essas teorias, supersimetria e teorias sobre grandes dimensões espaciais extras (LED) predizem partículas adicionais que são invisíveis para experimentos com colisor. Essas teorias podem fornecer uma explicação elegante para várias anomalias ainda não resolvidas no modelo padrão.
Figura 2:Distribuição do momento transversal ausente após a seleção dos jatos + ETmiss nos dados e nas previsões do Modelo Padrão. Os diferentes processos de fundo são mostrados em cores diferentes. Os espectros esperados de LED, Os cenários supersimétricos e WIMP também são ilustrados com linhas tracejadas. Crédito:ATLAS Collaboration / CERN
A combinação de técnicas orientadas por dados e cálculos teóricos de alta precisão permitiu ao ATLAS prever os principais processos de background do Modelo Padrão com grande precisão. A forma do E T senhorita espectro é usado para aumentar o potencial de descoberta da análise e aumentar o poder de discriminação entre os sinais e o fundo.
A figura mostra o espectro de momento transversal ausente em comparação com a medição com a expectativa do modelo padrão. Uma vez que nenhum excesso significativo é observado, o nível de concordância entre os dados e a previsão é traduzido em limites de parâmetros desconhecidos da matéria escura, supersimetria e modelos de LED.
No cenário WIMP, a última análise usando dados coletados em 2015 e 2016 em um modelo de interação específico exclui massas de matéria escura de até 440 GeV e mediadores de interação de até 1,55 TeV. No modelo considerado, estes representam resultados competitivos quando comparados com outros experimentos usando diferentes abordagens de detecção.
Nos próximos dois anos, o LHC visa aumentar os dados disponíveis por um fator de três. Esta será uma oportunidade única para a ATLAS investigar a fronteira energética, e os jatos + E T senhorita canal tem o potencial de revisar profundamente nossa compreensão do universo.
