De nouvelles particules sensibles à l'interaction forte pourraient être produites en abondance dans les collisions proton-proton générées par le Large Hadron Collider (LHC) – à condition qu'elles ne soient pas trop lourdes. Ces particules pourraient être les partenaires de gluons et de quarks prédits par supersymétrie (SUSY), une extension proposée du modèle standard de la physique des particules qui étendrait son pouvoir prédictif pour inclure des énergies beaucoup plus élevées. Dans les scénarios les plus simples, ces "gluinos" et "squarks" seraient produits par paires, et se désintègrent directement en quarks et en une nouvelle particule neutre stable (le "neutralino"), qui n'interagirait pas avec le détecteur ATLAS. Le neutralino pourrait être le constituant principal de la matière noire.

La collaboration ATLAS recherche de tels processus depuis les premiers jours de l'exploitation du LHC. Les physiciens ont étudié les événements de collision mettant en vedette des « jets » de hadrons, où il y a un grand déséquilibre dans les impulsions de ces jets dans le plan perpendiculaire aux protons en collision (« impulsion transversale manquante, " E T ^Mademoiselle ). Cet élan manquant serait emporté par les neutralinos indétectables. Jusque là, Les recherches ATLAS ont conduit à des contraintes de plus en plus strictes sur les masses minimales possibles de squarks et de gluinos.

Est-il possible de faire mieux avec plus de données ? La probabilité de produire ces particules lourdes décroît de façon exponentielle avec leurs masses, et donc répéter les analyses précédentes avec un ensemble de données plus important ne va pas loin. Nouveau, des méthodes sophistiquées qui aident à mieux distinguer un signal SUSY des événements de fond du modèle standard sont nécessaires pour approfondir ces analyses. Des améliorations cruciales peuvent provenir de l'augmentation de l'efficacité de la sélection des événements de signal, améliorer le rejet des processus en arrière-plan, ou en regardant dans des régions moins explorées.

Au Lepton Photon Symposium à Toronto, Canada, la Collaboration ATLAS a présenté de nouveaux résultats illustrant les bénéfices apportés par des techniques d'analyse plus avancées, qui ont été pionnières dans d'autres canaux de recherche. La sensibilité de la nouvelle analyse est considérablement améliorée grâce à l'utilisation de deux approches complémentaires.

Dans la première approche, appelée « recherche multi-bacs, " les événements sont classés dans des cases définies par deux observables :la masse effective et le E T ^Mademoiselle importance. Ceux-ci caractérisent la quantité d'énergie impliquée dans l'interaction (grande, si des particules lourdes étaient produites), et à quel point le E observé est improbable T ^Mademoiselle doit être causé par les neutralinos qui s'échappent plutôt que par la mauvaise mesure des énergies des jets. Avec jusqu'à 24 bacs orthogonaux définis à la fois, la recherche est sensible à une grande variété de masses de gluinos, squarks et neutralinos (Figure 1 (à gauche)).

La seconde approche, connu sous le nom de recherche "Boosted Decision Tree (BDT), " utilise des algorithmes de classification par apprentissage automatique pour mieux discriminer un signal potentiel. Les BDT sont entraînés avec certaines des propriétés cinématiques des jets + E T ^Mademoiselle états finaux, prédit par la simulation de Monte Carlo pour les événements de signal et de fond. Huit de ces discriminants sont définis, chacun optimisé pour une région différente du paramètre et de l'espace modèle (Figure 1 (à droite)).

Les nouveaux résultats ont utilisé l'ensemble de données complet du LHC Run 2, correspondant à une luminosité intégrée de 139 fb ^-1 , et n'a montré aucune différence significative entre le nombre d'événements observés et les prédictions du modèle standard dans les régions enrichies en signal. Des limites d'exclusion ont donc été fixées sur les masses de gluinos, squarks et neutralinos, en supposant différents scénarios. Quelques exemples sont illustrés à la Figure 2. Pour la recherche multi-bac, la force de tous les bacs peut être mise en œuvre simultanément, augmenter le pouvoir d'exclusion de l'analyse.