Analitycy z CERN-u zawęzili obszar poszukiwań supersymetrii

[KopalniaWiedzy.pl 332]

Opracowanie nowej metody analitycznej, którą wykorzystano do sprawdzenia danych z eksperymentu CMS, pozwoliło uczonym z CERN-u zawęzić region poszukiwań dowodów na istnienie supersymetrii (SUSY). To hipoteza mówiąca, że każda ze znanych cząstek posiada „superpartnera” o nieco innych właściwościach. I tak wedle SUSY partnerem najbardziej masywnej z cząstek elementarnych – kwarka t (kwarka wysokiego, kwarka prawdziwego) – ma być s-kwark t.

W 2021 roku fizycy przeanalizowali cały zestaw danych uzyskany z CMS w latach 2016–2018. Znaleźli w nim sygnały, które wskazywały, że w danych może znajdować się s-kwark t. W tym wypadku „może” oznaczało, że istnieje mniej niż 5-procentowe prawdopodobieństwo, że dane wyglądają tak, jak wyglądają i zawierają tylko znane cząstki. Teraz postanowiono przeanalizować te same dane za pomocą udoskonalonych technik.

Autorzy nowej analizy szukali dowodów na pojawianie się par s-kwarków t. Każdy z nich powinien rozpadać się na kwarka t oraz lżejsze kwarki lub gluony, które następnie tworzą hadrony, a ostatecznie zbijają się w gromady cząstek, które w akceleratorze tworzą dżety. Zatem ostatecznym produktem rozpadu pary s-kwarków t powinny być dwa kwarki t i liczne dżety. Problem w tym, że taki sam sygnał daje jeden z najbardziej powszechnych procesów zachodzących w Wielkim Zderzaczu Hadronów - produkcja par kwarków t. To proces, który trudno jest precyzyjnie symulować, więc by go odróżnić od szumu tła, trzeba wyodrębnić go z istniejących danych.

W tym celu używa się techniki ABCD. Wymaga ona posiadania dwóch nieskorelowanych zestawów danych, pozwalających na odróżnienie sygnału od szumu tła. Następnie dane, w zależności od wartości, dzieli się na cztery obszary (A, B, C, D). W ten sposób otrzymujemy informacje o regionie zdominowanym przez poszukiwany sygnał, regionie zdominowanym przez zakłócenia tła i obszarach przejściowych. Dzięki obliczeniom probablistycznym możemy w regionie zdominowanym przez sygnał wyodrębnić tło (szum), korzystając przy tym jedynie z informacji pochodzących z innych regionów.

Problem w wykorzystaniu techniki ABCD do poszukiwań s-kwarka t polegał na tym, że wszystkie zmienne są tutaj ze sobą skorelowane. Autorzy nowej analizy pokonali tę przeszkodę, wykorzystując techniki maszynowego uczenia się do odnalezienia zmiennych o minimalnym stopni korelacji. Następnie zmienne to wykorzystano do podzielenia danych na wspomniane cztery obszary. W ten sposób udało im się wyodrębnić tło i znacznie poprawić jakość analizy. Gdyby sygnał, który obserwowali podczas analizy w roku 2021 był prawdziwy, powinien być teraz wyraźnie widoczny. Jednak sygnału nie zauważono.

To oznacza, że potwierdzenia rozpadu postulowanego przez SUSY s-kwarka t należy szukać w zakresie masy powyżej 700 GeV. Autorzy nowej analizy z niecierpliwością czekają więc na dane z obecnej kampanii badawczej LHC Run 3. Powinny one dostarczyć kolejnych informacji, za pomocą których można będzie badać supersymetrię.

« powrót do artykułu