Пресс-центр

ATLAS представил результаты поиска Новой физики в событиях с двумя адронными струями

Эксперимент ATLAS, который проводится на Большом адронном коллайдере (БАК), выпустил новую работу по поиску частиц Новой физики (НФ). Экспериментаторы искали проявления резонансов в событиях с образованием двух адронных струй. Была обработана вся статистика для энергии 13 ТэВ, накопленная в 2015-2018 годах. Указаний на новые массивные частицы не обнаружено.

Основная задача экспериментов ATLAS и CMS – поиск новых тяжелых частиц, которые не входят в Стандартную модель (СМ). В экспериментальной физике элементарных частиц существуют множество методов их поиска, однако некоторые из них всегда вызывают интерес. Речь идет о прямой регистрации распадов частиц НФ в частицы СМ. Такие распады проходят на сверхмалых расстояниях и ожидается, что частицы СМ будут рождаться парами. Мы уже рассказывали об изучении ди-лептонных (e⁺e^– и μ⁺μ^–) масс-спектров во взаимодействиях частиц высоких энергий – одном из методов поиска частиц НФ. Сегодня мы расскажем об анализе событий с двумя адронными струями, который представил эксперимент ATLAS.

Если во взаимодействии протонов высоких энергий образовался кварк или глюон большой энергии, то он проявляет себя в детекторе как узконаправленный поток адронов, который называется струей. Эти струи регистрируются детектором, для них может быть определена энергия и направление вылета. Для двухструйных событий можно вычислить массу системы двух струй – m_jj.  Если гипотетическая частица НФ распалась на два кварка, два глюона или на кварк и глюон, то эксперимент зафиксирует некоторую группировку двухструйных событий в районе массы этой частицы. Конечно, двухструйные события – это обычное дело и для «стандартной» физики, но фон таких процессов должен быть гладким, т.е. не содержать пикующихся структур.

Одним из возможных сценариев реализации НФ является тот, где новые массивные частицы интенсивно взаимодействуют с прелестными (b) кварками. Поэтому важно иметь возможность выделять распады частиц НФ в пары: b–анти-b, b–антикварк и b–глюон. Эксприменты ATLAS и CMS разрабатывают и постоянно улучшают алгоритмы, позволяющие выделить из всех адронных струй те, что содержат b кварки. Алгоритм разметки (таггирования) основан на том, что частицы, которые образовались в результате процесса адронизации (превращения кварков и глюонов в адроны), живут довольно долго; они распадаются, отлетев от точки взаимодействия. В результате этого струи, содержащие b кварки, характеризуются наличием частиц, летящих не из точки взаимодействия двух протонов БАК. Специалисты ATLAS обучили нейронные сети выделять такие струи.

Примеры распределений по массе m_jj, полученные экспериментом ATLAS, приведены на рисунке 1. Все построенные распределения согласуются с фоновой гипотезой, включающей частицы СМ. Группировки событий в районе каких-либо масс m_jj, увы, не обнаружено. Экспериментаторы лишь поставили довольно жесткие ограничения на различные теоретические построения, например, на теории с возбужденными кварками; теории, содержащие новые калибровочные бозоны (Z’, W’, W*); теории с микроскопическими черными дырами, а также на все возможные теории, в которых частицы НФ интенсивно распадаются на пары частиц, впоследствии формирующих адронные струи.

Подробнее с работой эксперимента ATLAS можно ознакомиться из препринта статьи, направленной для публикации в научный журнал. Поиск Новой физики – главная задача БАК на сегодняшний день. Сотрудники Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ принимают активное участие во всех упомянутых экспериментах на БАК.