大型強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC)產(chǎn)生的質(zhì)子-質(zhì)子對撞中，可能會產(chǎn)生大量對強(qiáng)相互作用敏感的新粒子——前提是它們不太重。這些粒子可能是超對稱性(SUSY)預(yù)測的膠子和夸克的伙伴，超對稱性是粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的一個擬議擴(kuò)展，它將擴(kuò)大其預(yù)測能力，包括更高的能量。

在最簡單情況下，這些“gluinos”和“s夸克”將成對產(chǎn)生，并直接衰變?yōu)榭淇撕鸵粋€新的穩(wěn)定中性粒子(“neutralino”)，后者不會與ATLAS探測器發(fā)生作用，中微子可能是暗物質(zhì)的主要成分。

ATLAS的合作從大型強(qiáng)子對撞機(jī)運(yùn)行早期就一直在尋找這個過程。物理學(xué)家們一直在研究以強(qiáng)子“噴射”為特征的碰撞事件，在垂直于碰撞質(zhì)子的平面上，這些噴射的動量存在很大不平衡(“缺少橫向動量”，ETmiss)。失去的動量會被無法探測到的中微子帶走。到目前為止，地圖集搜索已經(jīng)導(dǎo)致對最小質(zhì)量夸克和膠子的限制越來越嚴(yán)格。有可能用更多的數(shù)據(jù)做得更好嗎？產(chǎn)生這些重粒子的概率隨著質(zhì)量呈指數(shù)級下降，因此，在更大的數(shù)據(jù)集上，重復(fù)前面的分析只能到此為止。

需要新的、復(fù)雜的方法來更好地區(qū)分SUSY信號和背景標(biāo)準(zhǔn)模型事件，以便進(jìn)一步進(jìn)行這些分析。關(guān)鍵改進(jìn)可能來自于提高選擇信號事件的效率。在加拿大多倫多舉行的輕子光子研討會上，ATLAS的合作展示了新結(jié)果，說明了更先進(jìn)分析技術(shù)所帶來的好處，這些技術(shù)在其他搜索渠道中處于領(lǐng)先地位。由于使用了兩種相輔相成的方法，新分析的靈敏度大大提高。在第一種方法中，稱為“多箱搜索”，將事件分類為兩個可觀測值定義的箱：有效質(zhì)量和ETmiss顯著性。

這些特征描述了相互作用中所涉及的能量量(如果產(chǎn)生了大的重粒子)，以及觀測到的ETmiss，是如何不太可能由逃逸中微子而不是對噴射能量的錯誤測量造成。一次定義最多24個正交箱，搜索對大量不同質(zhì)量的gluinos、squarks和neutralinos非常敏感。第二種方法稱為“增強(qiáng)決策樹(BDT)搜索”，它使用機(jī)器學(xué)習(xí)分類算法來更好地識別潛在信號。通過蒙特卡羅仿真對信號和背景事件的預(yù)測，利用噴射流的一些運(yùn)動學(xué)特性和ETmiss最終狀態(tài)對BDTs進(jìn)行了訓(xùn)練。

定義了8個這樣的判別器，每一個都針對參數(shù)和模型空間的不同區(qū)域進(jìn)行了優(yōu)化。新結(jié)果使用了完整的LHC Run 2數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集對應(yīng)于139 fb-1的整體亮度，并且在信號豐富區(qū)域的觀測事件數(shù)量和標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測之間沒有顯示任何顯著差異。因此，在假設(shè)不同情況下，對膠子、夸克和中性子的質(zhì)量設(shè)定了排斥極限。對于多箱搜索，可以同時承擔(dān)所有箱的強(qiáng)度，增加分析的排除能力。

博科園｜研究/來自：ATLAS Experiment

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