Если существуют новые частицы, Большой адронный коллайдер (БАК) — идеальное место для их поиска. Теория суперсимметрии предполагает, что для каждой из известных фундаментальных частиц существует совершенно новое семейство частиц-партнеров. Хотя это может показаться экстравагантным, эти частицы-партнеры могут устранить различные недостатки современных научных знаний, таких как источник загадочной темной материи во Вселенной, «неестественно» малая масса бозона Хиггса, аномальный способ вращения мюона и даже взаимоотношения между различными силами природы. Но если эти суперсимметричные частицы существуют, где они могут прятаться?
Это то, что физики БАК пытались выяснить, и в недавнем исследовании данных протон-протонных столкновений в ходе второго запуска БАКа (2015–2018 гг.) коллаборация ATLAS предоставила наиболее полный обзор своих поисков некоторые из наиболее неуловимых типов суперсимметричных частиц, которые лишь изредка могут быть созданы с помощью «слабого» ядерного взаимодействия или электромагнитного взаимодействия. Самая легкая из этих слабо взаимодействующих суперсимметричных частиц могла бы быть источником темной материи.
Увеличенная энергия столкновений и более высокая частота столкновений, обеспечиваемая вторым запуском, а также новые алгоритмы поиска и методы машинного обучения позволили глубже исследовать эту труднодоступную территорию суперсимметрии.
Физики ATLAS собрали результаты восьми поисков, каждый из которых искал доказательства существования суперсимметричных частиц по-своему. Сочетание мощности и чувствительности различных стратегий поиска позволило исследователям ATLAS изучить десятки тысяч моделей суперсимметрии, каждая из которых дает разные предсказания о массах суперсимметричных частиц.
Эти поиски ATLAS обладают беспрецедентной чувствительностью и исследуют широкий диапазон масс суперсимметричных частиц. Физики ATLAS искали доказательства существования «лабораторной» темной материи, то есть темной материи, созданной в результате столкновений БАКа. Их поиски оказались дополняющими другие эксперименты по поиску естественной, «реликтовой» темной материи, оставшейся от Большого взрыва. В отличие от поисков на коллайдере, которым не нужно видеть темную материю, чтобы сделать вывод о ее присутствии, последние эксперименты полагаются на достаточно большую вероятность того, что частицы темной материи столкнутся с обычными материалами и, следовательно, будут обнаружены.
Одним из наиболее важных результатов этого сочетания поисков является то, что некоторые области масс суперсимметричных частиц, которые ранее рассматривались благосклонно, где частица темной материи имеет примерно половину массы Z-бозона или бозона Хиггса, теперь почти полностью изучены. исключено.
Еще одним преимуществом такого всестороннего исследования является понимание того, какие модели суперсимметрии еще не исследованы. ATLAS представил примеры таких сохранившихся моделей, которые можно использовать для оптимизации будущих поисков. Хотя возможные места, где могут скрываться суперсимметричные частицы, систематически сокращаются, многие модели упорно остаются уклончивыми. Повышение чувствительности поиска ATLAS к этим моделям потребует большего количества данных о столкновениях и дальнейших умных разработок в стратегии поиска.
