解释宇宙的怪癖:CERN的超对称粒子“搜索一生”

抽象粒子物理概念

芝加哥大学研究人员寻找可以解释宇宙怪癖的拟议粒子。

芝加哥大学的研究人员最近开始寻找一生或更确切地说,寻找长寿超对对称颗粒的寿命。

超对称是一种提出的理论,用于扩大粒子物理学的标准模型。类似于元素的周期性表,标准模型是我们在自然界中具有亚杀菌颗粒的最佳描述以及作用于它们的力量。

但物理学家知道这种模型是不完整的 - 例如,它不会为重力或暗物质腾出空间。超对称旨在通过将每个标准模型粒子与超对称伙伴配对,开辟一类新的假想粒子来完成图像以检测和发现。在一个新研究,uchicago物理学家对这些超级保党人的属性进行了局限性,如果它们存在,可以拥有。

“超对称确实是我们在标准模型中解决尽可能多的问题的最有希望的理论,”斯托克维尔大学助理教授的托瓦福尔摩斯(Tova Holmes)担任实验,作为Uchicago的博士后研究员。“我们的工作符合大型特罗龙撞机的努力,重新考虑我们如何寻找新物理学。”

Lesya Horyn.

与Uchicago研究员Lesya Horyn的地图集探测器里面,他们最近完成了她的论文,以寻找现有电子,μON和Tauptons的超对称合作伙伴。信誉:芝加哥大学

大型特伦·撞器,位于欧洲c,将质子加速到迫使它们碰撞之前的光速几乎光速。这些质子质子碰撞产生了一系列额外的粒子,研究人员希望找到新物理学。

“但在大型强子撞机,新物理事件极为罕见,难以识别碰撞颗粒的碎片,”乌奇卡戈物理部门和该研究共同作者的努力,努力完全由女性领导。

Uchicago团队搜索了在现有电子,μON和Tauptons的水上杂散的超级专家的生产 - 使用在核心的粒子探测器中使用的数据。在测试的超比模型中,储物子被理论为有长寿,这意味着他们可以在腐烂进入阿特拉斯可检测的东西之前行进。

Tova Holmes.

物理学家Tova福尔摩斯在地图集计数室,其中大部分数据采集和触发基础设施的生活。在未来十年的某些时候,将升级这些系统以改进下一代超对对称搜索。信誉:芝加哥大学

“我们可以错过新物理的方式之一是如果粒子在产生时差别迅速衰减,”福尔摩斯说。“通常,我们在搜索中对长寿粒子视而不见,因为我们基本上削减了任何看起来在我们的探测器中的标准提示衰减。”

预计赛道最终将衰减到他们的常规Lepton合作伙伴。但与常规衰减不同,这些leptons将流离失所,这意味着它们不会达到原始质子 - 质子碰撞点。这是物理学家追捕的独特功能。

然而,在收集的地图集数据的四年内,Uchicago的研究人员发现没有流离失所者的Lepton活动。缺乏发现允许他们设置所谓的限制,从一系列群众和一生中统治长寿的储备可能有。

“我们至少95%肯定,如果存在这种模型中的储备,则在阴影部分中没有群众和寿命这个情节,“Lesya Horyn说,来自Uchicago的新铸造博士,最近完成了她对此测量的论文。

效果是否会失望团队?一点也不。

“发现没有什么能告诉你这么多,”哈里说。了解长期睡眠中没有某些群众,寿命通知研究人员在哪里关注未来的搜索。

“超比真的是最有希望的理论,我们在标准模型中解决了尽可能多的问题。”

-Tova Holmes,田纳西大学,诺克斯维尔助理教授

“从我的角度来看,这次搜索是理论家称之为所涵盖的人数,”福尔摩斯说。“似乎我们可以做到 - 而且我们做了!”

结果已激发团队进一步推动界限。在未来十年的某些时候,大型强子撞机将进入其定期关机,为待升级的地图集硬件留下充足的时间。

“这是分析的第一次通过,所以肯定有改善的地方,”哈里说。

一个按下升级将是触发系统的改造,选择事件是否应保存或抛出。触发器目前优化以将衰减从短寿命颗粒中储存,而不是这种超对称搜索的长寿命的空间。

可以在不等待关机的情况下进行更多立即改进。

“未来的步骤可能包括使用来自大型波罗兰·撞机的下一个运行的更强大的数据来搜索相同的型号,”哈佛大学的研究生孝感说,他在实验中作为一个uchicago本科生。她说,另一个探索途径可以使用类似的技术来扩展超越速度的长寿粒子搜索。

目前,标准模型的完成仍然是一个谜,但球队很自豪地领导第一次搜索在地图集中的这一超对称模型。

“发现新物理就像在干草堆中找到针一样,”金说。“虽然我们在目前的数据中没有看到任何东西,但未来有很大的机会!”

参考:“搜索√S = 13 TEV PP碰撞与地图探测器的流离失所者”由地图集协作,2020年10月6日,Atlas Confent。
PDF.

资金:国家科学基金会。

5点评论“解释宇宙的怪癖:”核心问题“中的超对称粒子”搜索一生“

  1. ......所以,为什么不使用来自空间的自然快速的粒子......
    …如何?好吧,你弄明白了,因为你有更多定期支付比我的方式......

  2. “超比真的是我们在标准模型中解决尽可能多的问题的最有希望的理论”。

    这是一个有争议的索赔,现在,在LHC范围内尚未发现超对称串理论WIMPS的天然预期的热暗质量候选。

    “通过热量生产获得正确丰富的暗物质,需要一种自湮灭横截面,这大致是通过电陶器力相互作用的100 GEV质量范围内的新粒子的预期。因为粒子物理标准模型的超对称延伸容易预测新颗粒,具有这些性质,所以称为“WIMP奇迹”,并且稳定的超对对称伴侣长期以来一直是主要的WIMP候选人。“

    [“弱互动巨大粒子”,维基百科]

    这种自然的替代方案是明显的FineTuning,其可能在现有物理学中发现,而不是单独的粒子物理学,而是在宇宙中。观察到的通胀领域的最佳候选者是普朗克协作2018调查中的一个简单的标量子场。它是不稳定的,并将通过Weinberg的人类多样性来导致正确的真空能量(暗能)密度。

    Eboss Galaxy调查协作20年结果找到了一个可行的候选人。

    “然而,例如,在该工作点的较高精度下观察到的扁平λCDM的一致性越来越朝着纯粹的宇宙学恒定解决方案,例如,通过FENETUNED的真空能量产生小值。这种微调代表了理论上的困难,没有任何商定的决议,也可能无法通过仅通过基本物理考虑(Weinberg 1989; Brax&Valageas 2019)。这种困难基本上通过这里提出的观察结果大幅提高。“

    [“完成的SDSS-IV扩展了Baryon振荡光谱调查:从Apache Point Observatoratory的二十年的光谱调查中的宇宙学影响”,Arxiv]

    当应用于非WIMP暗物质时 - 单独引力挡板 - 量子场物理学在类似的不稳定简单标量子粒子场上设定了一种尖端状态。

    “例如,对于单线标量暗物质,我们发现一个质量范围为10 ^ -3ev <= m_fi <= 10 ^ 7eV。下限来自第五力型相互作用的限制,以及从暗物质候选人的寿命的上限。“

    [https://www.sciencearirect.com/science/article/pii/s0370269321000083?via%3dihub.]

    并精细地我们在标量Quantum Field Higgs扇区中拥有FineTuning,这与双击玻色子的4个领域不如那么简单。它耦合到几个规格玻体,使其在从〜10 ^ 11 gev通胀场的区域中稳定到电卷积对称破碎范围,在LHC中探测的〜250 GEV的颗粒质量。但它仍然对HIGGS质量和生产复杂元素原子的能力来说。

    [“标准模型的人际原则和大规模”,Arxiv]

    由于通货膨胀物理的结果,在我们的情况下,物理栖息地3不同的能量尺度,通胀〜10 ^ 11 GEV,正常物质的〜10 ^ 2 GEV和〜10 ^ -2 gev的暗物质(假设它也是“如此”,就像黑暗能量和正常问题一样)。The amount of finetuning, i.e. the cancellation of large factors to allow such energies, would be 10^-120 for the vacuum energy, 10^-42 for the dark matter* and 10^-34 for the normal matter ["Fine-tuning versus naturalness", Symmetry Magazine], or ~ 10^-196 in total.

    这是每个可居住的宇宙的很多宇宙。但是,如果已经发现的物理学按预期表现,那么不需要新物理学。

    *假设与重力的正交相同类型的耦合并引用10 ^ 19 GEV普朗克秤,即O(10 ^ -4)= O(10 ^ 38) - O(10 ^ 38)取消。[“自然,威尔逊重整化和”基本参数“在量子场理论中”,CERN]

    • ......对这个故事的一些证据,我不会读,因为我听到它从1.000.000的嘴里听到它,它是同样的老,同样的老,同样的旧......

  3. 用颗粒配对的超对称存在于牛奶道的演化机制中,中心的超大巨大的黑洞 - 恒星在含有中微子和anteintrinos的助焊剂中进化和结束。我们必须忙于追求ù八方的过程,必须在地图,结构仪和恒星的光学序列和每个实体上获得正确的想法,每个实体都预设为磁通量的末端。

  4. 超对称和粒子的配对似乎是显而易见的。我们的银行道在中心进化了一个震动的黑洞,然后在连接到通量的磁场上结束恒星,产生中微子和Anteintrinos。我们必须让它成为GRSP与正确的CRO典型顺序的想法,以上所有上面的Fòrmation的过程强调有序结构。

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