Exibição de um evento candidato para novas partículas pesadas decaindo em dois elétrons no Experimento ATLAS. Crédito:ATLAS Collaboration / CERN
Poderia uma Grande Teoria Unificada resolver os mistérios restantes do Modelo Padrão? Se verificado, forneceria uma descrição elegante da unificação das forças do Modelo Padrão em energias muito altas, e pode até explicar a existência de matéria escura e massas de neutrinos. Os físicos do Experimento ATLAS do CERN estão em busca de evidências de novas partículas pesadas previstas por tais teorias, incluindo um bóson de calibre Z neutro.
A colaboração do ATLAS lançou seu primeiro resultado utilizando todo o conjunto de dados Large Hadron Collider (LHC) Run 2, coletados entre 2015 e 2018. Esta análise procura por novas partículas pesadas decaindo em estados finais de dilepton, onde os léptons são dois elétrons ou dois múons. Este é um dos decaimentos mais sensíveis na busca por novas físicas, graças à excelente resolução de energia e momento do detector ATLAS para leptões e à forte diferenciação sinal-fundo como resultado da assinatura simples de dois leptões.
O novo resultado do ATLAS também emprega uma nova abordagem baseada em dados para estimar o plano de fundo do Modelo Padrão. Embora a análise anterior tenha usado predominantemente simulações para a previsão de fundo e foi realizada com uma fração dos dados, esta nova análise tira proveito do vasto conjunto de dados da Run 2, ajustando os dados observados com uma forma funcional motivada e validada por nossa compreensão dos processos do Modelo Padrão que contribuem para esses eventos. Se presente, as novas partículas apareceriam como saliências no topo de uma forma de fundo em queda suave, tornando-os fáceis de identificar (consulte a Figura 2). Isso é semelhante a uma das maneiras como o bóson de Higgs foi descoberto em 2012, através de sua decadência para dois fótons.
Distribuição de massa de dielétrons medidos para os dados (pontos pretos), junto com o resultado total do ajuste do plano de fundo é mostrado (linha contínua vermelha), com várias distribuições de sinal Z 'possíveis sobrepostas (linha vermelha tracejada). O subpainel mostra a importância do desvio entre os dados observados e a previsão de fundo em cada compartimento da distribuição. Crédito:ATLAS Collaboration / CERN
Além de sondar território inexplorado em busca de novas físicas, muito trabalho nesta análise foi feito para entender o detector ATLAS e colaborar com os vários grupos de desempenho de detectores para melhorar a identificação de elétrons e múons de energia muito alta. Isso incluiu a contabilização da multiplicidade de trilhas na parte interna do detector, uma vez que aumentou continuamente devido ao número médio crescente de colisões próton-próton por cruzamento do grupo durante a Execução 2.
Nenhum sinal significativo de nova física foi observado até agora. O resultado define restrições rigorosas sobre a taxa de produção de vários tipos de partículas Z 'hipotéticas. Além de definir limites de exclusão em modelos teóricos específicos, o resultado também foi fornecido em um formato genérico que permite aos físicos reinterpretar os dados sob diferentes pressupostos teóricos. Este estudo aprofundou a exploração da física na fronteira energética; Os físicos do ATLAS estão entusiasmados com a análise adicional do grande conjunto de dados da Run 2.
