Affichage d'un événement candidat pour de nouvelles particules lourdes se désintégrant en deux électrons dans l'expérience ATLAS. Crédit :Collaboration ATLAS/CERN
Une grande théorie unifiée pourrait-elle résoudre les derniers mystères du modèle standard ? Si vérifié, il fournirait une description élégante de l'unification des forces du Modèle Standard à très hautes énergies, et pourrait même expliquer l'existence de la matière noire et des masses de neutrinos. Les physiciens de l'expérience ATLAS au CERN recherchent des preuves de nouvelles particules lourdes prédites par de telles théories, y compris un boson neutre de jauge Z'.
La collaboration ATLAS a publié son tout premier résultat en utilisant l'intégralité de son jeu de données Run 2 Large Hadron Collider (LHC), collectées entre 2015 et 2018. Cette analyse recherche de nouvelles particules lourdes se désintégrant dans des états finaux de dileptons, où les leptons sont soit deux électrons, soit deux muons. C'est l'une des désintégrations les plus sensibles pour rechercher une nouvelle physique, grâce à l'excellente résolution en énergie et en quantité de mouvement du détecteur ATLAS pour les leptons et à la forte différenciation signal-fond résultant de la simple signature à deux leptons.
Le nouveau résultat d'ATLAS utilise également une nouvelle approche basée sur les données pour estimer l'arrière-plan du modèle standard. Alors que l'analyse précédente utilisait principalement des simulations pour la prédiction de fond et était réalisée avec une fraction des données, cette nouvelle analyse tire parti du vaste ensemble de données Run 2 en adaptant les données observées à une forme fonctionnelle motivée et validée par notre compréhension des processus du modèle standard contribuant à ces événements. Si présent, les nouvelles particules apparaîtraient comme des bosses au-dessus d'une forme d'arrière-plan tombant doucement, ce qui les rend faciles à identifier (voir Figure 2). Ceci est similaire à l'une des façons dont le boson de Higgs a été découvert en 2012, par sa désintégration en deux photons.
Distribution de masse diélectronique mesurée pour les données (points noirs), ainsi que le résultat total de l'ajustement de fond est affiché (ligne continue rouge), avec diverses distributions de signaux possibles Z' superposées (ligne rouge pointillée). Le sous-panneau montre l'importance de l'écart entre les données observées et la prédiction de fond dans chaque casier de la distribution. Crédit :Collaboration ATLAS/CERN
En plus de sonder des territoires inexplorés à la recherche d'une nouvelle physique, une grande partie du travail dans cette analyse a été consacrée à la compréhension du détecteur ATLAS et à la collaboration avec les différents groupes de performance des détecteurs pour améliorer l'identification des électrons et des muons de très haute énergie. Cela comprenait la prise en compte de la multiplicité des pistes dans la partie interne du détecteur, car il a continuellement augmenté en raison de l'augmentation du nombre moyen de collisions proton-proton par croisement de paquets au cours de l'exécution 2.
Aucun signe significatif de nouvelle physique n'a été observé jusqu'à présent. Le résultat impose des contraintes strictes sur le taux de production de divers types de particules Z' hypothétiques. En plus de fixer des limites d'exclusion sur des modèles théoriques spécifiques, le résultat a également été fourni dans un format générique qui permet aux physiciens de réinterpréter les données sous différentes hypothèses théoriques. Cette étude a approfondi l'exploration de la physique à la frontière de l'énergie; Les physiciens d'ATLAS sont enthousiastes à l'idée d'approfondir l'analyse du grand ensemble de données Run 2.
