Search for supersymmetric particle pair production in final states with two oppositely charged leptons and large missing transverse momentum in proton-proton collisions at = 13 TeV
باستخدام 138 fb من بيانات تصادمات بروتون-بروتون عند طاقة مركز الكتلة = 13 TeV التي جُمعت بواسطة كاشف CMS، تبحث هذه الدراسة عن إنتاج أزواج الجسيمات فائقة التناظر في الحالات النهائية التي تحتوي على لبتونين بمتضادين في الشحنة وزخم مستعرض مفقود كبير، حيث لم تجد فائضاً فوق تنبؤات النموذج القياسي ووضعت حدود استبعاد جديدة لكتل الشارجيونو، والسكوارك العلوي، والسلبتون ضمن نماذج مبسطة مع حفظ التماثل تحت -parity.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلف ولم يصادق عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
إن الكون الذي يمكننا رؤيته — النجوم، والكواكب، والذرات التي تشكل أجسادنا — لا يمثل سوى جزء ضئيل مما هو موجود بالفعل. أما البقية فهي مادة غامضة تسمى المادة المظلمة، وهي لا تنبعث منها أضواء ولكنها تمارس قوة جذب ثقالية تعمل على تماسك المجرات. لطالما بحث الفيزيائيون عن جسيم يمكنه تفسير هذه الكتلة غير المرئية، لكن النموذج المعياري لفيزياء الجسيمات، وهو أفضل خريطة لدينا للعالم دون الذري، لا يقدم أي مرشح لها. كما يعاني هذا النموذج أيضًا في تفسير سبب كون بوزون هيجز، وهو جسيم يمنح الجسيمات الأخرى كتلتها، أخف بكثير مما توحي به قوى الطبيعة. ولإصلاح هذه الفجوات، اقترح العلماء نظرية تسمى التناظر الفائق. تشير هذه الفكرة إلى أن لكل جسيم معروف شريكًا أثقل وغير مرئي. وإذا كانت هذه الشركاء موجودة، فإن أخفها سيكون مستقرًا ويمكن أن يكون هو المادة المظلمة التي تملأ الكون.
في دراسة حديثة، وضع باحثون في مصادم الهادرونات الكبير في سويسرا هذه الفكرة قيد الاختبار. فقد قاموا بصدم البروتونات معًا بسرعات هائلة للغاية، محاكيين الظروف التي تلت الانفجار العظيم مباشرة، وبحثوا عن علامات لهذه الشركاء الافتراضية. وتحديدًا، بحثوا عن أزواج من الجسيمات تسمى "التشارجينو" (charginos)، و"التوب سكواركس" (top squarks)، و"السليبتونات" (sleptons). وإذا تم إنتاج هذه الجسيمات، فإنها ستتحلل فورًا تقريبًا إلى جسيمات أخف، بما في ذلك الإلكترونات أو الميونات (التي تشبه الإلكترونات الثقيلة) وجسيم مفقود يحمل الطاقة بعيدًا دون أن يتم رصده. قام الباحثون بتحليل كمية هائلة من بيانات التصادم، بحثًا عن أحداث تظهر فيها جسيمات "ليبتونات" ذات شحنتين متضادتين إلى جانب اختلال كبير في الزخم، مما يشير إلى هروب الجسيمات غير المرئية.
فحص الفريق 138 وحدة من بيانات التصادم، وهو حجم يمثل النظرة الأكثر شمولاً لهذا النوع المحدد من الأحداث حتى الآن. وقاموا بتصنيف الأحداث إلى فئات مختلفة بناءً على أنواع الجسيمات المنتجة ومقدار الطاقة المفقودة. ومن خلال مقارنة ما شاهدوه بما يتنبأ به النموذج المعياري مما ينبغي أن يحدث بدون وجود فيزياء جديدة، لم يجدوا أي دليل على وجود فائض. لقد طابقت البيانات تنبؤات الفيزياء المعروفة تمامًا. وقد سمح هذا الغياب للإشارة للعلماء باستبعاد مجموعة واسعة من الاحتمالات حول الأماكن التي قد تختبئ فيها هذه الجسيمات فائقة التناظر. وقد حددوا أنه إذا كانت "التشارجينو" موجودة، فيجب أن تكون أثقل من 1120 جيجا إلكترون فولت، وإذا كانت "التوب سكواركس" موجودة، فيجب أن تكون أثقل من 500 إلى 540 جيجا إلكترون فولت، اعتمادًا على السيناريو المحدد. وبالمثل، استبعدوا وجود "السليبتونات" بكتل تصل إلى 700 جيجا إلكترون فولت.
تعد هذه النتائج مهمة لأنها تدفع الحدود التي يجب على العلماء البحث فيها لاحقًا. وقد ركز البحث بشكل خاص على السيناريوهات "المضغوطة"، حيث تكون الجسيمات الجديدة أثقل بقليل فقط من الجسيمات التي تتحلل إليها. وفي مثل هذه الحالات، يكون الحطام المرئي الناتج عن التصادم هادئًا جدًا ويصعب رصده، مما يجعل هذه الأحداث سهلة الفقدان. ومن خلال تحسين أساليبهم لالتقاط هذه الإشارات الدقيقة، تمكن الباحثون من تمديد الحدود المعروفة لكتلة الجسيمات بمئات من الجيجا إلكترون فولت. ورغم أن الدراسة لم تجد الجسيمات الجديدة التي كانت تبحث عنها، إلا أنها نجحت في تضييق نطاق البحث، لتخبر المجتمع العلمي أنه إذا كان التناظر الفائق موجودًا، فإنه يختبئ في منطقة أثقل وأكثر مراوغة مما كان مأمولًا سابقًا. ويقف هذا العمل كإثبات صارم على أن النموذج المعياري يصمد بقوة في هذا النطاق من الطاقة، تاركًا لغز المادة المظلمة وتسلسل كتل الجسيمات ليتم حله بواسطة تجارب أكثر قوة في المستقبل.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.