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
Met behulp van 138 fb aan proton-proton botsingsgegevens bij = 13 TeV verzameld door de CMS-detector, zoekt deze studie naar de paarproductie van supersymmetrische deeltjes in eindtoestanden met twee tegengesteld geladen leptonen en een grote ontbrekende transversale impuls, waarbij geen overschot wordt gevonden ten opzichte van de Standaardmodel-voorspellingen en nieuwe uitsluitingslimieten worden vastgesteld op de massa's van charginos, topsquarks en sleptons binnen vereenvoudigde modellen met -pariteitsbehoud.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteur. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
Het universum dat we kunnen zien—sterren, planeten en de atomen waaruit onze eigen lichamen zijn opgebouwd—vormt slechts een minuscuul fractie van wat er bestaat. De rest is een mysterieuze substantie genaamd donkere materie, die geen licht uitzendt maar een zwaartekracht uitoefent die sterrenstelsels bij elkaar houdt. Natuurkundigen zoeken al lang naar een deeltje dat deze onzichtbare massa zou kunnen verklaren, maar het standaardmodel van de deeltjesfysica, onze beste kaart van de subatomaire wereld, biedt geen kandidaat hiervoor. Dit model worstelt ook met de vraag waarom het Higgs-boson, een deeltje dat andere deeltjes massa geeft, veel lichter is dan de natuurkrachten suggereren dat het zou moeten zijn. Om deze hiaten te dichten, stelden wetenschappers een theorie voor genaamd supersymmetrie. Dit idee suggereert dat elk bekend deeltje een zwaardere, onzichtbare partner heeft. Als deze partners bestaan, zou de lichtste ervan stabiel zijn en de donkere materie kunnen zijn die het kosmos vult.
In een recente studie hebben onderzoekers bij de Large Hadron Collider in Zwitserland dit idee op de proef gesteld. Ze lieten protonen met ongelooflijk hoge snelheden tegen elkaar botsen, waarbij ze de omstandigheden vlak na de oerknal nabootsten, en zochten naar tekenen van deze hypothetische partners. Specifiek zochten ze naar paren deeltjes genaamd chargino's, topsquarks en sleptons. Als deze deeltjes zouden worden gecreëerd, zouden ze bijna onmiddellijk vervallen in lichtere deeltjes, waaronder elektronen of muonen (die lijken op zware elektronen) en een ontbrekend deeltje dat energie meeneemt zonder gedetecteerd te worden. De onderzoekers analyseerden een enorme hoeveelheid botsingsdata en zochten naar gebeurtenissen waarbij twee tegengesteld geladen leptonen verschenen samen met een aanzienlijke onbalans in momentum, wat zou wijzen op het ontsnappen van onzichtbare deeltjes.
Het team onderzocht 138 eenheden aan botsingsdata, een volume dat de meest uitgebreide blik tot nu toe vormt op dit specifieke type gebeurtenis. Ze sorteerden de gebeurtenissen in verschillende categorieën op basis van de soorten geproduceerde deeltjes en de hoeveelheid ontbrekende energie. Door te vergelijken wat zij zagen met wat het standaardmodel voorspelt dat er zou gebeuren zonder nieuwe fysica, vonden zij geen bewijs voor een overschot. De data kwamen perfect overeen met de voorspellingen van de bekende fysica. Dit gebrek aan een signaal stelde de wetenschappers in staat om een breed scala aan mogelijkheden uit te sluiten voor waar deze supersymmetrische deeltjes zich zouden kunnen verbergen. Zij stelden vast dat als chargino's bestaan, ze zwaarder moeten zijn dan 1120 GeV, en als topsquarks bestaan, ze zwaarder moeten zijn dan 500 tot 540 GeV, afhankelijk van het specifieke scenario. Op dezelfde manier sloten zij het bestaan uit van sleptons met massa's tot 700 GeV.
Deze resultaten zijn significant omdat ze de grenzen verleggen van waar wetenschappers nu verder moeten zoeken. De zoektocht was specifiek gericht op "gecomprimeerde" scenario's, waarbij de nieuwe deeltjes slechts iets zwaarder zijn dan de onzichtbare deeltjes waarin ze vervallen. In dergelijke gevallen is het zichtbare puin van de botsing erg stil en moeilijk te spotten, waardoor deze gebeurtenissen gemakkelijk gemist kunnen worden. Door hun methoden te verfijnen om deze subtiele signalen op te vangen, waren de onderzoekers in staat om de bekende limieten van de deeltjesmassa met honderden GeV uit te breiden. Hoewel de studie niet de nieuwe deeltjes vond die zij zocht, slaagde zij er wel in om de zoekruimte te verkleinen, waarmee zij de wetenschappelijke gemeenschap vertelden dat als supersymmetrie bestaat, het zich in een veel zwaarder, meer ongrijpbaar gebied verbergt dan voorheen gehoopt. Het werk dient als een rigoureuze bevestiging dat het standaardmodel standhoudt in dit energieniveau, waardoor het mysterie van donkere materie en de hiërarchie van deeltjesmassa's wordt overgelaten aan nog krachtigere experimenten in de toekomst.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.