ATLAS實驗發布了對長壽命粒子的新搜索

盡管已經取得了數十年的預測成功，但是粒子物理學的標準模型仍無法解釋一些重要現象。即使還沒有出現標準模型之外的粒子的確定標志，也必須存在可以完全描述宇宙的其他理論。

歐洲核子研究組織ATLAS實驗的研究人員正在擴展其廣泛的搜索程序，以尋找未知物理的更多不尋常特征，例如長壽命粒子。這些新粒子的壽命為0.01到10 ns;作為比較，希格斯玻色子的壽命為10 –13 ns。自然激發長壽命粒子的理論是超對稱(SUSY)。SUSY預測存在與具有不同自旋特性的標準模型粒子相對應的“超級伙伴”粒子。

ATLAS協作組織的一項新搜索正在尋找電子，介子和tau輕子的超級伙伴，分別稱為“ sleptons”(分別是“ selectron”，“ smuon”和“ stau”)。該搜索考慮了成對產生瘦子的情況，這些瘦子與衰變產物耦合很弱，因此壽命很長。在此模型中，每個長壽命的子鏈在衰減到標準模型的輕子和不可檢測的輕質粒子之前，都將經過探測器一段距離(取決于它們的平均壽命)。因此，物理學家會觀察到兩個輕子似乎來自與質子-質子碰撞發生位置不同的位置。

通過分析確定的上限，取決于可能的子鏈壽命，該值取決于子鏈質量。實線表示觀察到的極限，虛線表示在沒有統計波動的情況下的預期極限，分析結果排除了有色區域。排泄物的排除區域小于選擇器和smuons的排泄物，因為它取決于產生的標準模型金星衰變成電子或介子。極限對子鏈質量的依賴性主要源于對子鏈的生產橫截面，該橫截面隨質量而急劇下降。圖片來源：ATLAS協作/ CERN

這個獨特的簽名對物理學家提出了挑戰。盡管許多理論都預測粒子在衰減之前可能會在ATLAS檢測器中傳播一段時間，但典型的數據重建和分析是針對會瞬間衰減的新粒子進行的，這與標準模型重粒子的工作方式相同。因此，ATLAS物理學家必須開發鑒定粒子的新方法，以增加重建這些“位移的”輕子的可能性。在此分析中，僅研究了置換的電子和介子，但該結果也可用于taus，因為在大約三分之一的情況下，taus迅速衰減為電子或介子。

由于長壽命粒子的衰變所產生的粒子將遠離碰撞，因此會出現異常的背景源：光子被誤識別為電子，被錯誤測量的μ子以及被錯誤測量的宇宙射線μ子。宇宙射線μ子來自與地球大氣碰撞的高能粒子，可以穿過ATLAS探測器。由于它們不一定在碰撞點附近通過檢測器，因此它們看起來好像源于長壽命的粒子衰變。ATLAS的物理學家已經開發出不僅可以減少這些來源的貢獻的技術，而且還可以估算每種來源對搜索的貢獻程度。