A la recherche de nouvelles particules lourdes avec l’expérience ATLAS


A la recherche de nouvelles particules lourdes avec l'expérience ATLAS

1 : Distributions post-ajustement de la masse combinée des candidats boson W et boson de Higgs dans une région de signal d’intérêt pour W ‘. (Ici, la fusionnée de 2 jours.) La zone pleine montre l’arrière-plan du modèle standard, les points noirs avec des barres d’erreur indiquent les données expérimentales et la ligne pointillée montre des événements hypothétiques pour un boson 2 TeV W’. Le diagramme ci-dessous montre la relation entre les données et l’arrière-plan total du modèle standard. Crédit photo : Collaboration ATLAS / CERN

Depuis la découverte du boson de Higgs en 2012, la collaboration ATLAS au CERN s’efforce de comprendre ses propriétés. Surtout, une question se pose : pourquoi le boson de Higgs a-t-il la masse qu’il a ? Des expériences ont mesuré sa masse à environ 125 GeV – mais le modèle standard implique qu’il a une masse beaucoup plus grande et nécessite une très grande correction mathématique pour concilier théorie et observation, conduisant au « problème de naturalité ».

Cet écart pourrait être résolu s’il y avait un nouveau type d’interaction en plus des quatre forces fondamentales connues (gravité, électromagnétisme, forte et faible). Cette interaction conduirait à de particules porteuses de force (bosons) avec des masses beaucoup plus grandes que tout ce qui est actuellement contenu dans le modèle standard. Parmi plusieurs théories décrivant cette interaction figurent les modèles « Heavy Vector Triplet » (HVT), qui suggèrent qu’une nouvelle particule – le boson « W-Prime » (W’) – pourrait être générée avec les énergies de disponibles au LHC. Comme leur nom l’indique, ces nouvelles particules interagiraient avec la force électrofaible et, une fois générées lors d’une collision, se désintégreraient très rapidement en un boson W et un boson de Higgs.

Une nouvelle recherche de la collaboration ATLAS, publiée cette semaine lors de la Large Hadron Collider Physics Conference (LHCP 2021), fixe des limites sur la masse du boson W’ en utilisant l’ensemble de données complet du LHC run-2 collecté entre 2015 et a été collecté en 2018. Les objectifs de la recherche sont l’état final « semieptonique », dans lequel le boson de Higgs se désintègre en une paire de quarks b et le boson W se désintègre en un neutrino ainsi qu’en un électron, un muon ou un lepton tau.

A la recherche de nouvelles particules lourdes avec l'expérience ATLAS

Figure 2 : Les limites d’exclusion combinées observées (attendues) à 95 % dans la section transversale de production du boson W’ sont représentées par la ligne noire (bleue). Les lignes pointillées violettes et bleues montrent la section efficace théorique en fonction de la masse pour une version de la théorie HVT avec une valeur spécifique de couplage au boson W du modèle standard. Toutes les masses W’ en dessous et à gauche de chaque ligne pointillée sont exclues pour cette valeur de couplage. Crédit photo : Collaboration ATLAS / CERN

La large gamme de masses possibles pour le boson W’ – de 400 GeV à 5 TeV – a posé des défis uniques aux physiciens d’ATLAS. Si la masse W’ se situe à l’extrémité la plus lourde des prédictions, elle produirait des bosons de Higgs avec des énergies plus élevées et les quarks b résultants émettraient deux « jets » (pulvérisations de particules collimatées) si proches l’un de l’autre qu’ils pourraient être appelés a. des faisceaux uniques apparaissent avec un grand dans le détecteur ATLAS. En revanche, des masses W’ plus petites apparaîtraient comme deux jets différents. Pour tenir compte de cette grande variation dans les caractéristiques, la nouvelle analyse ATLAS a examiné plusieurs canaux différents, chacun spécifiquement optimisé pour fournir la meilleure sensibilité à la nouvelle particule.

Comme on peut le voir sur la figure 2, de nombreux processus de modèle standard beaucoup plus courants peuvent entraîner la même signature que la décomposition W, il est donc crucial d’éliminer autant que possible ce fond de modèle standard. Les physiciens d’ATLAS ont utilisé un algorithme multivarié qui utilisait certaines caractéristiques cinématiques des désintégrations du quark b pour essayer de distinguer leurs jets de désintégration d’autres types de hadrons plus légers, créant des régions « une balise b » et « deux balises b « . En outre, les chercheurs ont amélioré la recherche précédente des bosons W’ avec un ensemble de données partiel de Run 2 et ont utilisé de nouvelles techniques pour identifier et mesurer les jets dans le détecteur. Les jets « TrackCaloCluster » combinaient les informations du système de suivi interne d’ATLAS et du calorimètre électromagnétique, tandis que les jets « Variable Radius » pourraient identifier plus efficacement les bosons de Higgs en modifiant le rayon de leurs jets de désintégration avec un élan différent.

Dans leur recherche, les physiciens n’ont trouvé aucune preuve statistiquement significative d’un écart par rapport au modèle standard. Les résultats ont été utilisés pour fixer les nouvelles limites indiquées ici pour la masse d’un boson W’ hypothétique, à l’exclusion des masses jusqu’à 3,15 TeV, soit une augmentation de près de 12% par rapport à la précédente recherche d’ATLAS pour un boson HVT -W’ avec un partiel. correspond à Exécuter 2 enregistrements. La chasse à la nouvelle physique continue !


L’expérience ATLAS recherche une « charmante » désintégration du boson de Higgs


Plus d’information:
Recherche de résonances lourdes qui se désintègrent dans les états finaux avec des leptons et des jets de b en un boson W et un boson de Higgs à 139 fb − 1 à partir de collisions proton-proton à 13 TeV, avec le détecteur ATLAS (ATLAS-CONF-2021-026) : atlas .web.cern.ch / Atlas / GRUPPEN… ATLAS-CONF-2021-026 /

Fourni par l’expérience ATLAS

Citation: À la recherche de nouvelles particules lourdes avec l’expérience ATLAS (2021, 10 juin), consulté le 11 juin 2021 depuis https://phys.org/news/2021-06-heavy-particles-atlas.html

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