En physique des particules, trois des quatre forces fondamentales connues dans l'univers, à savoir électromagnétique, interactions faibles et fortes, sont décrits par une théorie connue sous le nom de modèle standard (SM). Une extension de ce modèle est la supersymétrie (SUSY), une construction théorique qui pointe vers une relation possible entre deux classes de particules :les bosons et les fermions.

La théorie SUSY explique un certain nombre de coïncidences mathématiques dans le SM et est une composante fondamentale de la théorie des cordes, l'une des constructions les plus prometteuses fusionnant le SM avec les théories de la gravité. Il prédit également l'existence de plusieurs nouvelles particules, dont aucun n'a été observé jusqu'à présent. Par exemple, cela suggère qu'il existe au moins cinq types de bosons de Higgs, plutôt que le seul type observé jusqu'à présent.

Alors que SUSY est théoriquement attrayant, il n'y a aucune preuve que cela s'applique au monde réel, et si c'est le cas, les particules qu'il prédit étaient probablement trop lourdes pour être observées dans les expériences précédentes. Dans les années récentes, des physiciens du monde entier ont essayé de les observer directement afin de prouver la validité de la théorie SUSY et de comprendre les propriétés de ces nouvelles particules.

La collaboration ATLAS est une grande équipe de chercheurs de plusieurs instituts du monde entier qui travaillent ensemble pour analyser et mieux comprendre les mesures enregistrées par le détecteur ATLAS au CERN. Dans un article récent publié dans Lettres d'examen physique , les chercheurs ont présenté les résultats d'une recherche de bosons de Higgs neutres lourds sur la base de l'analyse des données collectées par le détecteur ATLAS.

"Nous avons effectué plusieurs recherches pour d'autres bosons de Higgs, mais cette recherche est plus sensible à "l'espace des paramètres" du SUSY Higgses qu'à tout autre, " William John Murray, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, dit Phys.org. "Ce document n'est pas le premier du genre, mais il utilise quatre fois plus de données que les études précédentes (c. toutes les données dont nous disposons), ainsi que des méthodes améliorées."

Le détecteur ATLAS a été conçu pour mesurer les particules issues de collisions dans le Grand collisionneur de hadrons (LHC), qui est aujourd'hui le plus grand et le plus puissant accélérateur de particules au monde. Il identifie spécifiquement les électrons et deux types de particules qui partagent certaines similitudes avec les électrons, à savoir muons et taus.

Les Taus sont particulièrement difficiles à mesurer, car ils se dégradent très rapidement. Quand ils se décomposent, ils produisent un neutrino invisible et soit un électron, muon, ou le plus souvent des pions (c'est-à-dire hadrons constitués de quarks). La collaboration ATLAS a spécifiquement recherché des paires de taus en décomposition, en se concentrant sur les cas dans lesquels les deux taus produisaient des pions ou où l'un produisait soit un électron soit un muon et l'autre produisait des pions.

« Le LHC produit environ un milliard de collisions par seconde, qui produisent essentiellement des pions, donc le problème que nous nous sommes proposé de résoudre était de discerner entre les pions provenant d'une désintégration tau et ceux qui ne le font pas (appelés "faux" dans ce contexte), " Murray a déclaré. "Pour ce faire, nous devions mesurer combien de fois nous avons réussi et combien de fois nous nous sommes trompés. Le contrôle des 'faux pions' est l'un des plus gros problèmes pour la mesure."

Pour étudier les paires de taus, les chercheurs ont combiné leurs impulsions mesurées et estimé le poids qu'une particule donnée devrait être pour produire cette paire spécifique de particules tout en se désintégrant. Ensuite, ils ont construit un histogramme représentant la masse qu'ils ont estimée et recherché une "bosse" dans le graphique, car cela indiquerait la présence d'une particule de boson de Higgs qui n'a jamais été observée auparavant.

"Il y avait une possibilité sérieuse de découvrir un deuxième boson de Higgs et de faire fortement allusion à la supersymétrie, " Murray a déclaré. "Notre article impose de nouvelles contraintes sur les théories supersymétriques. Popper soutient que les théories doivent être falsifiables pour être de la science. En éliminant des parties de l'espace des paramètres de supersymétrie, nous réduisons les éventuels faux modèles que les théoriciens peuvent proposer, rapprochant ainsi notre domaine d'étude de la vérité."

Bien que cette étude de la collaboration ATLAS n'ait pas conduit à l'observation de nouveaux bosons de Higgs lourds, il a restreint les paramètres à l'intérieur desquels ces particules pouvaient être détectées et observées. À l'avenir, il pourrait ainsi éclairer de nouvelles recherches visant à observer directement ces nouvelles particules et à confirmer leur existence.

« Nous explorons maintenant d'autres théories « au-delà du modèle standard » qui prédisent d'autres signatures, " a déclaré Murray. " Le très grand jeu de données du LHC pourrait nous permettre d'examiner de plus près de nombreuses autres signatures, dont chacune pourrait s'avérer contenir quelque chose de nouveau. Plusieurs d'entre eux ont été révélés lors de la conférence ICHEP de cette année, mais aucun n'a été couronné de succès jusqu'à présent. »

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