p A matéria escura é um tipo desconhecido de matéria presente no universo que pode ter origem em partículas. Uma das estruturas teóricas mais completas que inclui um candidato à matéria escura é a supersimetria. Muitos modelos supersimétricos prevêem a existência de um novo estábulo, partícula invisível chamada de partícula supersimétrica mais leve (LSP), que tem as propriedades certas para ser uma partícula de matéria escura. p A ATLAS Collaboration no CERN relatou recentemente dois novos resultados em pesquisas por um LSP que explorou a amostra completa de dados Run 2 do experimento obtida a 13 TeV de energia de colisão próton-próton. As análises procuraram a produção de pares de duas partículas supersimétricas pesadas, cada um decai para partículas observáveis ​​do Modelo Padrão e um LSP no detector.

p Identificando energia ausente

p Um desafio central dessas pesquisas é que as partículas candidatas de matéria escura escapariam do detector ATLAS sem deixar um sinal visível. Sua presença só pode ser inferida através da magnitude do momento transversal faltante da colisão (E _T ^senhorita ) - um desequilíbrio nos momentos das partículas detectadas no plano perpendicular aos prótons em colisão. No ambiente denso de inúmeras colisões sobrepostas geradas pelo Large Hadron Collider (LHC), pode ser difícil separar E genuíno _T ^senhorita do falso E _T ^senhorita originados da medição incorreta dos detritos de colisão visíveis no detector.

p Para resolver esta dificuldade, ATLAS desenvolveu um novo E _T ^senhorita variável de significância que quantifica a probabilidade de que o E observado _T ^senhorita origina-se de partículas indetectáveis ​​em vez de objetos medidos incorretamente. Ao contrário dos cálculos anteriores baseados inteiramente na cinemática do evento reconstruída, a nova variável também considera a probabilidade de resolução e identificação incorreta de cada uma das partículas reconstruídas usadas no cálculo. Isso ajuda a discriminar de forma mais eficaz entre eventos com E genuíno e falso _T ^senhorita , respectivamente, como mostrado na Figura 1, melhorando assim a capacidade do ATLAS de identificar e reconstruir parcialmente as partículas de matéria escura.

p Aplicando novas técnicas de reconstrução

p Ambas as novas pesquisas ATLAS implementam essa nova técnica de reconstrução para o conjunto de dados Run 2 completo. Uma pesquisa procura o par de produção de charginos (os superparceiros carregados de bósons) e sleptons (superparceiros de léptons), respectivamente, que decaem para dois elétrons ou múons e dão origem a grandes E _T ^senhorita devido aos LSPs de escape. Esses sinais são muito desafiadores para extrair, pois eles se parecem com os processos diboson do Modelo Padrão, onde alguns (embora menos) E _T ^senhorita é produzido a partir de neutrinos invisíveis. Os eventos foram selecionados em alta E _T ^senhorita significância juntamente com várias outras variáveis ​​que ajudam a discriminar o sinal do fundo. Na ausência de um excesso significativo nos dados sobre a expectativa de fundo, limites fortes foram colocados nos cenários supersimétricos considerados, conforme mostrado na Figura 2.

p A segunda nova pesquisa visa a produção de pares de quadradinhos supersimétricos (superparceiros de quarks bottom), que ambos decaem para um estado final envolvendo um bóson de Higgs e um LSP (mais um quark b adicional). Então - a segmentação do bóson de Higgs decai para dois b-quarks, como está previsto que ocorra 58 por cento do tempo - o estado final medido no detector ATLAS teria uma assinatura única:E grande _T ^senhorita associado a até seis jatos de partículas hadrônicas, originados de quarks b. Novamente, nenhum excesso significativo de dados foi encontrado nesta pesquisa.

p Ambos os resultados colocam fortes restrições em cenários supersimétricos importantes, que norteará futuras buscas no ATLAS. Avançar, eles fornecem um exemplo de como novas técnicas de reconstrução podem ajudar a melhorar a sensibilidade de novas pesquisas de física no LHC.