Uma nova busca por jatos emergentes no CERN descartou os principais cenários do setor escuro
Os investigadores da colaboração ATLAS têm procurado sinais de novas partículas no setor escuro do Universo, um reino oculto que poderia ajudar a explicar a matéria escura. Em algumas teorias, este setor contém quarks escuros (partículas fundamentais) que passam por um processo de chuva e hadronização, formando mésons escuros de longa vida (quarks escuros e antiquarks ligados por uma nova força escura forte), que eventualmente decaem em partículas comuns. Esses decaimentos apareceriam no detector como “jatos emergentes” incomuns: rajadas de partículas originadas de vértices deslocados em relação ao ponto de colisão primário.
Usando 51,8 fb⁻¹ de dados de colisão próton-próton a 13,6 TeV coletados em 2022–2023, a equipe ATLAS procurou eventos contendo dois desses jatos emergentes. Eles exploraram dois mecanismos de produção possíveis, que são um mediador vetorial (Z′) produzido no canal s e um mediador escalar (Φ) trocado no canal t. A análise combinou duas estratégias complementares. Uma estratégia baseada em cortes que se baseia em observáveis de jato de alto nível, incluindo seleções baseadas em trajetória, vértice e subestrutura de jato, permite uma reinterpretação direta para modelos teóricos alternativos. Uma abordagem de aprendizado de máquina emprega um tagger por jato usando uma arquitetura de transformador treinada em variáveis de rastreamento de baixo nível para discriminar os jatos emergentes do Modelo Padrão, maximizando a sensibilidade para os modelos específicos estudados.
Nenhum excesso de sinal de jato emergente foi encontrado, mas a pesquisa estabeleceu os primeiros limites diretos na produção de jatos emergentes através de um mediador Z′ e as primeiras restrições na produção do canal t Φ. Dependendo dos pressupostos do modelo, as massas Z′ até cerca de 2,5 TeV e as massas Φ até cerca de 1,35 TeV são excluídas. Estes resultados estreitam significativamente o espaço em que as partículas do setor escuro poderiam existir e fazem parte de um programa ATLAS mais amplo para investigar a cromodinâmica quântica escura. O trabalho aguça futuras pesquisas de matéria escura e avança a nossa compreensão de como um setor escuro pode se comportar.
Quer saber mais sobre esse assunto?
Interações entre matéria escura e energia escura: desafios teóricos, implicações cosmológicas e assinaturas observacionais por B Wang, E Abdalla, F Atrio-Barandela e D Pavón (2016)