Poszukiwania nietypowych cząstek
Bozon Higgsa ma niezwykle krótką żywotność – „żyje” przez około 10-22 sekundy zanim rozpada się na inne cząstki. Dla porównania, w tak krótkim czasie światło może przebyć odległość równą średnicy małego jądra atomowego. Naukowcy badają bozon Higgsa, wykrywając produkty jego rozpadu w zderzeniach cząstek w Wielkim Zderzaczu Hadronów. Ale co, jeśli bozon Higgsa może rozpaść się na inne długo żyjące cząstki?
Algorytmy rekonstrukcji trajektorii naładowanych cząstek w detektorze, mimo że miały niezwykle ważne znaczenie dla poszukiwań LLP, były dotąd tak zasobochłonne, że można je było zastosować tylko do mniej niż 10% wszystkich zarejestrowanych danych w eksperymencie ATLAS. Niedawno jednak naukowcy z ATLAS-u wdrożyli nowy algorytm zwany Large-Radius Tracking (LRT), który znacznie przyspiesza rekonstrukcję trajektorii cząstek, które znacząco redukują „zakłócenia” tła i przypadkowe kombinacje sygnałów detektora. W rezultacie ATLAS odnotował ogromny wzrost wydajności identyfikacji rozpadów LLP. Nowy algorytm poprawił również czas przetwarzania procesora ponad dziesięciokrotnie w porównaniu do starszej implementacji, a zużycie miejsca na dysku zostało zmniejszone ponad 50-krotnie. Ulepszenia te umożliwiły fizykom pełną integrację algorytmu LRT ze standardowym łańcuchem rekonstrukcji zdarzeń w ATLAS-ie. Teraz każde zarejestrowane zderzenie może być badane pod kątem obecności nowych LLP, co znacznie zwiększa potencjał odkrywczy takich sygnatur.
W nowych wynikach naukowcy z ATLAS-u wykorzystali algorytm LRT do poszukiwania LLP, które rozpadają się hadronowo, pozostawiając wyraźną sygnaturę jednego lub więcej hadronowych „dżetów” cząstek pochodzących ze znacznie przesuniętej pozycji od punktu zderzenia proton-proton (tzw. przesunięty wierzchołek). Fizycy skupili się również na modelu „portalu” Higgsa, w którym bozon Higgsa pośredniczy w oddziaływaniach z cząstkami ciemnej materii poprzez sprzężenie z neutralnym bozonem s, co skutkuje egzotycznymi rozpadami bozonu Higgsa na parę długo żyjących cząstek s, które rozpadają się na cząstki modelu standardowego.
Zespół ATLAS-u badał zderzenia o unikatowej charakterystyce zgodnej z produkcją bozonu Higgsa. Rozróżnienie sygnałów procesów tła i sygnatur LLP jest złożone i trudne. Aby tego dokonać fizycy wykorzystali algorytm uczenia maszynowego wyszkolony do izolowania zdarzeń z dżetami pochodzącymi z rozpadów LLP. Uzupełnieniem tego algorytmu był algorytm rekonstrukcji przesuniętych wierzchołków, który pozwolił wskazać pochodzenie dżetów hadronowych pochodzących z rozpadów LLP.
To nowe poszukiwanie nie odkryło żadnych zdarzeń z rozpadami bozonów Higgsa na LLP. Poprawia jednak wartości graniczne dla rozpadów bozonu Higgsa na LLP o czynnik od 10 do 40 razy w porównaniu z poprzednim poszukiwaniem przy użyciu dokładnie tego samego zestawu danych. Po raz pierwszy w LHC granice egzotycznych rozpadów bozonu Higgsa dla niskich mas LLP (poniżej 16 GeV) przekroczyły wyniki bezpośrednich poszukiwań egzotycznych rozpadów bozonu Higgsa do niewykrytych stanów.
Opracowano na podstawie:
ATLAS chases long-lived particles with the Higgs boson
