Коллайдер ищет невидимые частицы в данных Run 2
Недавний ажиотаж, вызванный двухфотонным всплеском, на какое-то время отодвинул в тень все остальные поиски Новой физики на Большом адронном коллайдере. Сейчас жизнь постепенно возвращается в привычное русло. В ожидании новых данных коллаборации ATLAS и CMS пока не готовы сказать ничего нового по поводу двухфотонного пика. Зато они завершают другие варианты анализа протонных столкновений на энергии 13 ТэВ, этакие «элементы обязательной программы» по поиску Новой физики на коллайдере.
В декабре мы писали про первые такие поиски в данных 2015 года, см. новость Многоструйные события при 13 ТэВ не принесли сюрпризов. Сейчас физики завершили ряд более тонких анализов, в которых, в нагрузку к обычным частицам, предполагалось рождение и невидимых для детектора частиц. Это могут быть частицы темной материи или просто новые долгоживущие и очень слабо взаимодействующие с обычной материей частицы. Они присутствуют в самых разных вариантах Новой физики, например в суперсимметричных моделях. Напрямую их поймать, конечно, нельзя, поскольку они не оставляют след в детекторе. Однако об их существовании можно догадаться по некоторыми особенностям в распределении адронов.
В двух статьях, Search for supersymmetry in the multijet and missing transverse momentum final state in pp collisions at 13 TeV и Search for new physics with the MT2 variable in all-jets final states produced in pp collisions at sqrt(s) = 13 TeV, коллаборация CMS рассказывает о поиске невидимых частиц, которые могли бы рождаться вместе с несколькими адронными струями. В первой работе физики искали многоструйные события, сопровождающиеся сильным дисбалансом поперечного импульса (про такой тип поиска мы уже подробно рассказывали в новости Поиски суперсимметрии на коллайдере принесли новую интригу).
Анализ, проведенный во второй статье, использовал специальную кинематическую величину MT2 — обобщение понятия поперечного импульса на многочастичный случай с участием невидимых частиц. В отличие от более простой методики, опирающейся только на потерянный поперечный импульс, величина MT2 лучше справляется с ситуацией, когда рождается сразу несколько невидимых частиц, и может даже определить их массу.
Было выполнено несколько вариантов поиска, которые отличались критериями отбора событий. Однако во всех них распределения по потерянному импульсу (как на рисунке) или по MT2 согласовывались с ожиданиями Стандартной модели. Были установлены ограничения на некоторые суперсимметричные модели, которые уже сейчас, при такой небольшой статистике, улучшают результаты Run 1.
Коллаборация ATLAS в своей статье Search for new phenomena in events with a photon and missing transverse momentum in pp collisions at √s = 13 TeV with the ATLAS detector отчиталась о поиске невидимых частиц в другом канале — в сопровождении фотона большой энергии. В отличие от многоструйных событий, этот канал рождения очень чистый. Фоновых событий тут было немного, и, если невидимые частицы действительно рождаются и не цепляются к кваркам, можно было ожидать увидеть их здесь. Однако и здесь распределения по потерянному поперечному импульсу вполне согласовывались со Стандартной моделью. Отрицательный результат позволил установить новые ограничения на модели темной материи и на многомерные модели с дополнительными пространственными измерениями.
-
>Отрицательный результат позволил установить новые ограничения ... и на многомерные модели с дополнительными пространственными измерениями.
В чем именно выразились эти ограничения? Число доп. измерений, радиус компактификации?-
Ограничение на массовый параметр, который характеризует отклонения от СМ. Конкретная интерпретация параметра зависит от моделей. Самый простой вариант: вводится «настоящая» планковская масса MD, которая, в отличие от «кажущейся», находится не при 10^19 ГэВ, а гораздо ближе на шкале энергий. Если бы MD была вообще порядка 1 ТэВ, мы бы увидели массовое рождение гравитонов и исчезновение их в нашем мире (т.е. они улетали бы в дополнительные измерения). Мы этого не видим, а значит, что гравитоны, если и рождаются, то не так интенсивно. А это значит, что MD не такая уж и маленькая. Так вот, получено ограничение MD > 2.3-2.8 ТэВ в зависимости от количества дополнительных измерений.
-
-
Скорее наоборот, модели с доп.измерениями вышли из моды. Но их тоже упоминают по привычке.
Вообще, когда идет конкретный поиск, то ищут определенную «сигнатуру», скажем, струи+сильный дисбаланс поперечного импульса. Эта сигнатура не привязана жестко ни к какой теории, хотя сам поиск может, конечно, отчасти мотивироваться этими теориями. Потом, когда получены ограничения на сечения искомых процессов, их можно вдобавок и интерпретировать как ограничения на параметры моделей. Но это уже побочный результат.
-
-
-
А с чем связано то, что характеристики многих элементарных частиц (особенно кварков, особенно u и d), например, масса, измерены с такой низкой точностью? 10%-30%
Например, масса электрона - 9,10938356(11)·10e31 - 9 знак после запятой.
Это в текущий момент не нужно или невозможно на той технике, что есть?
-
С тем, что, во-первых, кварки не бывают свободными, а только в составе адронов, и масса легких адронов определяется совсем не массой кварков. А во-вторых, тем, что масса кварков — не однозначно определенная величина, она сильно зависит от масштаба процесса, в котором кварк участвует. Это всё последствия того, что сильное взаимодействие устроено очень сложно.
Но это не надо формулировать в таком сильном виде, как сформулировали вы. Массы и другие параметры отдельных адронов измеряются вполне хорошо, по крайней мере если этот адрон хорошо видел экспериментально.
Новости науки: физика
Двенадцать вариантов поиска отклонений от Стандартной модели при рождении нескольких адронных струй с потерянным поперечным импульсом. Шесть точек в каждом варианте отвечают разным критериями отбора событий по величине потерянного импульса. Черные точки — данные, цветные гистограммы — вклад разных фоновых процессов. Рисунок из статьи CMS Collaboration, 2016. Search for supersymmetry in the multijet and missing transverse momentum final state in pp collisions at 13 TeV