Mencari partikel tak terlihat dengan Percobaan ATLAS

Alongside Night -- The Full Movie (Juni 2019).

Anonim

Sebagai Large Hadron Collider (LHC) menghancurkan proton pada pusat-massa-energi 13 TeV, itu menciptakan berbagai macam partikel yang diidentifikasi melalui tanda tangan interaksi mereka dengan detektor ATLAS. Tetapi bagaimana jika collider menghasilkan partikel yang berjalan melalui ATLAS tanpa berinteraksi? "Partikel tak terlihat" ini dapat memberikan jawaban atas beberapa misteri terbesar dalam fisika.

Salah satu contohnya adalah materi gelap, yang tampaknya membentuk 85 persen massa di alam semesta, tetapi belum diidentifikasi secara pasti. Para ilmuwan menyimpulkan keberadaannya melalui pengamatan astrofisika, termasuk pembentukan galaksi dan lensa gravitasi. Namun, mereka tahu lebih banyak tentang apa yang bukan dari apa adanya. Tidak ada teori tunggal tentang materi gelap; prediksi yang berbeda memiliki implikasi yang berbeda untuk propertinya dan bagaimana ia berinteraksi.

Partikel tak terlihat yang dihasilkan dalam tabrakan LHC membawa energi, menghasilkan ketidakseimbangan dalam energi / momen dari partikel terlihat yang diamati. Teori-teori memprediksi bahwa jika partikel-partikel tak terlihat ada, lebih banyak peristiwa dengan ketidakseimbangan yang besar dan pola-pola khas lainnya dari partikel-partikel terlihat dapat dideteksi oleh Eksperimen ATLAS. Membandingkan jumlah peristiwa yang diprediksi oleh teori dengan jumlah kejadian yang diamati dalam detektor adalah cara mencari partikel tak terlihat secara tidak langsung.

Meskipun terbukti sebagai pendekatan yang sukses, ada beberapa keterbatasan. Bagaimana jika model teoritis materi gelap salah? Bagaimana jika fenomena yang sama sekali berbeda adalah penyebab partikel tak terlihat? Saat ini, ketika model teoritis terbukti salah, itu bisa sulit dan memakan waktu untuk menggunakan kembali data untuk menguji model baru. Untuk melakukannya diperlukan pemahaman tentang bagaimana partikel-partikel ini dicatat dalam detektor, bagaimana peristiwa-peristiwa itu dipilih, dan bagaimana proses Model Standar yang meniru pola-pola partikel ini dimodelkan.

Ahli fisika ATLAS telah mengembangkan pendekatan pengukuran yang baru, yang dirancang untuk menjadi detektor-independen dan memungkinkan untuk mudah interpretasi ulang data di masa depan. Dalam pendekatan ini, suatu kuantitas R miss didefinisikan, yang sensitif terhadap tingkat produksi dan sifat-sifat partikel tak terlihat (s). Kuantitas ini diukur terhadap berbagai sifat peristiwa tabrakan, termasuk jumlah ketidakseimbangan momentum dan energi / momen dari partikel yang terlihat. Nilai kuantitas ini bersama dengan perubahan dalam sifat terukur ini ditemukan untuk memberikan kepekaan terhadap partikel tak terlihat. Hilangnya bos Z yang diketahui menghasilkan tabrakan LHC ke dalam neutrino yang tidak terlihat berarti jumlah ini tidak nol, bahkan tanpa adanya fenomena tak terlihat yang baru. Kuantitas ini dikoreksi secara hati-hati untuk ketidakefisienan detektor, membuat pengukuran bebas dari bias eksperimental dan terlepas dari hipotesis fisika baru (Gambar 1). Setiap fisikawan dapat dengan mudah membandingkan prediksi model mereka terhadap pengukuran ini.

Untuk mendemonstrasikan pendekatan baru, pengukuran digunakan untuk menguji tiga model teoritis berbeda dari materi gelap, di mana dihasilkan baik (1) melalui kekuatan yang kuat, (2) melalui peluruhan boson Higgs, atau (3) melalui gaya electroweak. Tidak ada bukti materi gelap yang diamati sehingga ATLAS mampu menempatkan batasan ketat pada teori-teori ini (Gambar 2). Kendala kompetitif dengan pendekatan yang ada yang bertujuan untuk menguji teori-teori spesifik dan melengkapi pengukuran dari eksperimen deteksi tidak langsung berbasis ruang.

menu
menu