ATLAS fixe des limites strictes à la supersymétrie

Selon la théorie de la supersymétrie (SUSY), il existe un monde-miroir de particules hypothétiques qui pourraient apporter des réponses à différentes énigmes de physique, notamment celles de la masse étonnamment faible du boson de Higgs et de la nature de la matière noire. La collaboration ATLAS auprès du Grand collisionneur de hadrons (LHC) a mené de nouvelles recherches sur ces particules supersymétriques grâce à des techniques d’apprentissage automatique. Les résultats de ces recherches, présentés aux Rencontres de Moriond, ont fixé des limites parmi les plus strictes établies à ce jour aux propriétés des particules supersymétriques.

La théorie de la supersymétrie prédit que chaque particule du Modèle standard possède un « superpartenaire ». Ainsi, le higgsino, homologue supersymétrique du boson de Higgs, fait l’objet de nombreuses recherches. Mais détecter le higgsino, s’il existe, est loin d’être simple. Le higgsino n’apparaîtrait pas seul, mais sous la forme d’un mélange d’autres particules supersymétriques, créant des états connus sous le nom de neutralinos et de charginos. Les théoriciens prédisent que le plus léger des neutralinos pourrait être stable et qu’il serait par conséquent un bon candidat à la matière noire. Les autres neutralinos, plus lourds, et les charginos se désintégreraient en cette particule supersymétrique stable. Cependant, ces désintégrations devraient produire très peu d’énergie, et les particules de faible énergie qui en seraient issues devraient être extrêmement difficiles à détecter.

Au moyen de techniques d’apprentissage automatique, la collaboration ATLAS a pu améliorer considérablement la sensibilité de l’expérience aux particules de faible énergie. Aujourd’hui, ATLAS rapporte les résultats de deux nouvelles recherches d’indices de particules supersymétriques dans des analyses de données issues de la deuxième période d’exploitation du LHC, collectées entre 2015 et 2018.

L’une de ces recherches a consisté à essayer de repérer les signes d’une trace furtive laissée par un chargino se désintégrant en un neutralino stable invisible pour les détecteurs et un pion de faible énergie. Le pion suit une trajectoire très incurvée extrêmement difficile à repérer dans une collision proton-proton foisonnante, causant la « disparition » de la trace du chargino. La collaboration ATLAS a également cherché des traces de neutralinos plus lourds, lesquels se désintègreraient en un neutralino (le plus léger et le plus stable de son espèce) et en deux leptons (tels que des électrons) de faible impulsion. Les chercheurs ont utilisé des réseaux neuronaux pour mener des recherches approfondies dans la région de faible impulsion des pions et des leptons, afin de trouver des signes de leur production lors de la désintégration de particules supersymétriques.

Aucun signe de ces particules supersymétriques n’a été observé dans l’une ou l’autre de ces recherches. Cependant, les résultats obtenus ont permis de fixer des limites parmi les plus strictes aux masses et aux durées de vie des charginos et des neutralinos, venant remplacer les anciennes limites établies par le Grand collisionneur électron-positon (LEP), le prédécesseur du LHC.

Ces nouvelles limites contribueront à orienter les futures recherches sur les particules supersymétriques au LHC et au LHC à haute luminosité. La quête du monde-miroir de SUSY se poursuit.