Figure 1 :La masse reconstruite des événements candidats sélectionnés se désintégrant en bosons WW ou ZZ, avec l'état final qqqq. Les marqueurs noirs représentent les données. Les courbes bleue et verte représentent le signal hypothétique pour deux masses différentes. La courbe rouge représente les processus du modèle standard. Crédit :Collaboration ATLAS/CERN
Bien que la découverte du boson de Higgs par les collaborations ATLAS et CMS en 2012 ait complété le modèle standard, de nombreux mystères restent inexpliqués. Par exemple, pourquoi la masse du boson de Higgs est-elle tellement plus légère que prévu, et pourquoi la gravité est-elle si faible ?
De nombreux modèles au-delà du modèle standard tentent d'expliquer ces mystères. Certains expliquent la faiblesse apparente de la gravité en introduisant des dimensions supplémentaires de l'espace dans lequel la gravité se propage. Un modèle va au-delà, et considère le monde réel comme un univers de dimension supérieure décrit par une géométrie déformée, ce qui conduit à des états de graviton massif en interaction forte. D'autres modèles proposent, par exemple, types supplémentaires de bosons de Higgs.
Tous ces modèles prédisent l'existence de nouvelles particules lourdes qui peuvent se désintégrer en paires de bosons faibles massifs (WW, WZ ou ZZ). La recherche de telles particules a grandement bénéficié de l'augmentation de l'énergie de collision proton-proton au cours de la deuxième phase du Grand collisionneur de hadrons (LHC).
Les bosons W et Z sont des particules porteuses qui médient la force faible. Ils se désintègrent en d'autres particules du modèle standard, comme des leptons chargés (l), les neutrinos (ν) et les quarks (q). Ces particules sont reconstruites différemment dans le détecteur. Quarks, par exemple, sont reconstitués sous forme de sprays localisés de hadrons, désignés jets. Les deux bosons pourraient donner plusieurs combinaisons de ces particules dans les états finaux. La collaboration ATLAS a publié les résultats de recherches impliquant toutes les désintégrations pertinentes de la paire de bosons :ννqq, llqq, lνqq et qqqq (où le lepton est un électron ou un muon).
Figure 2 :La limite sur le rapport de branchement fois la section efficace de la particule hypothétique décrite par l'un des modèles pour les différents états finaux. Crédit :La limite sur le rapport de branchement fois la section efficace de la particule hypothétique décrite par l'un des modèles pour les différents états finaux.
Qu'est-ce que ces recherches ont en commun ? Dans chaque, au moins un des bosons se désintègre en une paire de quarks. Lorsque la particule recherchée est très massive, les deux bosons de sa désintégration sont éjectés avec une impulsion si élevée que leurs produits de désintégration respectifs sont collimatés et la paire de quarks fusionne en un seul grand jet. Ce phénomène fournit un moyen puissant de distinguer le nouveau signal physique des processus du modèle standard à interaction forte. La figure 1 montre les distributions de la masse reconstruite de la particule candidate. La figure 2 montre la limite du rapport de branchement fois la section efficace d'une particule hypothétique décrite par l'un des modèles.
Jusque là, aucune preuve d'une nouvelle particule n'a été observée. La recherche se poursuit avec une sensibilité accrue à mesure qu'ATLAS collecte davantage de données.
