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
Unter Verwendung von 138 fb an Proton-Proton-Kollisionsdaten bei = 13 TeV, die mit dem CMS-Detektor gesammelt wurden, sucht diese Studie nach der Paarproduktion supersymmetrischer Teilchen in Endzuständen mit zwei entgegengesetzt geladenen Leptonen und großem fehlenden transversalen Impuls, findet keinen Überschuss gegenüber den Standardmodell-Vorhersagen und setzt neue Ausschlussgrenzen für Chargino-, Top-Squark- und Slepton-Massen innerhalb vereinfachter Modelle mit R-Paritätserhaltung.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht vom Autor verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Das Universum, das wir sehen können – Sterne, Planeten und die Atome, aus denen unsere eigenen Körper bestehen – macht nur einen winzigen Bruchteil dessen aus, was existiert. Der Rest ist eine mysteriöse Substanz namens Dunkle Materie, die kein Licht aussendet, aber eine Gravitationskraft ausübt, die Galaxien zusammenhält. Physiker suchen seit langem nach einem Teilchen, das diese unsichtbare Masse erklären könnte, aber das Standardmodell der Teilchenphysik, unsere beste Karte der subatomaren Welt, bietet keinen Kandidaten dafür. Dieses Modell hat auch Schwierigkeiten zu erklären, warum das Higgs-Boson, ein Teilchen, das anderen Teilchen Masse verleiht, so viel leichter ist, als es die Naturkräfte vermuten ließen. Um diese Lücken zu schließen, schlugen Wissenschaftler eine Theorie namens Supersymmetrie vor. Diese Idee besagt, dass jedes bekannte Teilchen einen schwereren, unsichtbaren Partner hat. Wenn diese Partner existieren, wäre der leichteste von ihnen stabil und könnte die Dunkle Materie sein, die das Kosmos erfüllt.
In einer aktuellen Studie haben Forscher am Large Hadron Collider in der Schweiz diese Idee auf die Probe gestellt. Sie ließen Protonen mit unglaublich hohen Geschwindigkeiten kollidieren, um die Bedingungen kurz nach dem Urknall zu rekonstruieren, und suchten nach Anzeichen dieser hypothetischen Partner. Speziell suchten sie nach Paaren von Teilchen, die Charginos, Top-Squarks und Sleptonen genannt werden. Falls diese Teilchen erzeugt würden, würden sie fast augenblicklich in leichtere Teilchen zerfallen, einschließlich Elektronen oder Myonen (die wie schwere Elektronen sind) und einem fehlenden Teilchen, das Energie abführt, ohne detektiert zu werden. Die Forscher analysierten eine gewaltige Menge an Kollisionsdaten und suchten nach Ereignissen, bei denen zwei entgegengesetzt geladene Leptonen zusammen mit einem signifikanten Ungleichgewicht im Impuls auftraten, was auf das Entweichen unsichtbarer Teilchen hindeuten würde.
Das Team untersuchte 138 Einheiten an Kollisionsdaten, ein Volumen, das den umfassendsten Blick auf diese spezifische Art von Ereignis bis dato darstellt. Sie sortierten die Ereignisse in verschiedene Kategorien ein, basierend auf den Arten der produzierten Teilchen und der Menge der fehlenden Energie. Indem sie das, was sie sahen, mit dem verglichen, was das Standardmodell ohne neue Physik vorhersagen würde, fanden sie keinen Hinweis auf einen Überschuss. Die Daten stimmten perfekt mit den Vorhersagen der bekannten Physik überein. Dieser Mangel an einem Signal ermöglichte es den Wissenschaftlern, eine breite Palette von Möglichkeiten auszuschließen, in denen sich diese supersymmetrischen Teilchen verstecken könnten. Sie stellten fest, dass, falls Charginos existieren, sie schwerer als 1120 GeV sein müssen, und falls Top-Squarks existieren, sie je nach spezifischem Szenario schwerer als 500 bis 540 GeV sein müssen. Ähnlich verhielten sie sich bei der Ausschluss des Bestehens von Sleptonen mit Massen bis zu 700 GeV.
Diese Ergebnisse sind bedeutend, weil sie die Grenzen verschieben, an denen Wissenschaftler als Nächstes suchen müssen. Die Suche konzentrierte sich besonders auf „komprimierte“ Szenarien, in denen die neuen Teilchen nur geringfügig schwerer sind als die unsichtbaren Teilchen, in die sie zerfallen. In solchen Fällen ist der sichtbare Trümmer des Zusammenstoßes sehr leise und schwierig zu entdecken, was diese Ereignisse leicht übersehbar macht. Durch die Verfeinerung ihrer Methoden, um diese subtilen Signale einzufangen, konnten die Forscher die bekannten Grenzen der Teilchenmasse um hunderte von GeV erweitern. Obwohl die Studie nicht die neuen Teilchen fand, nach denen sie suchte, verengte sie den Suchraum erfolgreich und sagte der wissenschaftlichen Gemeinschaft, dass die Supersymmetrie, falls sie existiert, in einer viel schwereren, schwerer fassbaren Region verborgen ist, als zuvor gehofft wurde. Die Arbeit steht als eine rigorose Bestätigung dafür, dass das Standardmodell in diesem Energiebereich standhaft bleibt und das Rätsel der Dunklen Materie sowie der Hierarchie der Teilchenmassen zukünftigen, noch leistungsstärkeren Experimenten überlässt.
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