Où est passée la nouvelle physique ? Depuis dix ans que le boson de Higgs a été découvert, il n'y a eu aucun indice statistiquement significatif de l'existence de nouvelles particules dans les données issues du LHC. Est-il possible que ces particules arrivent à échapper aux études standard ? Lors des récentes Rencontres de Moriond, la collaboration ATLAS, expérience LHC, a présenté plusieurs résultats concernant des types inédits d'analyse visant à rechercher des particules prédites par la supersymétrie.

La supersymétrie (SUSY de son petit nom), est une théorie prometteuse qui attribue à chaque particule élémentaire un « superpartenaire », ce qui permet de résoudre plusieurs problèmes du Modèle standard de la physique des particules et même de proposer un candidat possible à la matière noire. Les nouvelles études d'ATLAS ont porté sur les charginos et neutralinos, qui seraient les superpartenaires lourds des particules porteuses de force du Modèle standard, et les sleptons, qui seraient les superpartenaires des particules de matière appelées leptons. Si elles étaient produites au LHC, ces particules se désintégreraient en particules du Modèle standard et en un neutralino, le plus léger de son espèce, qui ne se désintègre pas et est considéré comme le candidat à la matière noire.

L'étude la plus récente d'ATLAS concernant les charginos et les sleptons a porté sur une région de masses jusqu'ici inexplorée en raison du bruit de fond de processus du Modèle standard qui imitent les signaux des particules recherchées.  Les équipes d'ATLAS ont conçu des études spécifiques pour chacun de ces types de particules supersymétriques, en utilisant toutes les données issues de la deuxième période d'exploitation du LHC et en regardant les désintégrations de particules en deux leptons chargés (électrons ou muons) ainsi que l'« énergie manquante » attribuée aux neutralinos. Les équipes ont utilisé de nouvelles méthodes pour extraire du bruit de fond les signaux potentiels, recourant notamment à des techniques d'apprentissage automatique et à des approches guidées par les données.

Ces études n'ont pas révélé d'excédent significatif par rapport au bruit de fond du Modèle standard. Elles ont permis aux équipes d'ATLAS d'établir des exclusions de masses pour les particules supersymétriques, et en particulier d'exclure les masses du slepton jusqu'à 180 GeV. Cette limite de masse du slepton améliore les limites concerannt bas de la gamme des masses établies en leur temps par les expériences du prédécesseur du LHC, le Grand collisionneur électron-positon (LEP), qui sont en place depuis près de vingt ans. De plus, elle écarte certains des scénarios envisagés pour expliquer l'anomalie associée de longue date au moment magnétique du muon, récemment corroborée par l'expérience Muon g-2 au Fermilab, aux États-Unis.

Les équipes d'ATLAS ont également publié les résultats d'une nouvelle recherche de paires chargino-neutralino, s'appuyant sur certains légers excédents précédemment observés dans les premières analyses des données de la deuxième exploitation du LHC. Les équipes ont étudié les événements de collision où se produit une désintégration du chargino et du neutralino via des bosons W et Z respectivement, le boson W se désintégrant en « jets » de particules et le boson Z en une paire de leptons. Lorsque la différence de masse entre le neutralino produit et le neutralino le plus léger possible est inférieure à la masse du boson Z, il est plus difficile de sélectionner les événements et le bruit de fond est plus compliqué à modéliser. Il s'agit du premier résultat d'ATLAS dans ce mode de désintégration qui cible cette région de masse difficile. L'étude n'a pas trouvé d'écart significatif par rapport aux prédictions du Modèle standard et a conduit à fixer de nouvelles limites sur les masse des particules supersymétriques.

Alors que le LHC s'apprête à commencer sa troisième période d'acquisition de données, les équipes d'ATLAS sont impatientes de tirer parti de ces résultats prometteurs pour poursuivre leur recherche de la supersymétrie, en s'intéressant en particulier à des modèles de supersymétrie bien motivés théoriquement et offrant des solutions aux tensions existantes entre mesures expérimentales et prédictions du Modèle standard.

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Pour en savoir plus, voir le site web de l’expérience ATLAS (en anglais).