Foto: CR CERN
Die diesjährige “Large Hadron Collider Physics” Konferenz (LHCP2020) war eine der ersten Gelegenheiten für die experimentellen Kollaborationen am LHC ihre neuen Ergebnisse einer großen Forschergemeinde vorzustellen. Aufgrund der Covid-19 Krise mussten andere Konferenzen, die traditionell im Frühjahr abgehalten werden, abgesagt werden. LHCP2020 ist eine der ersten großen Konferenzen, die mittels Videokonferenz und Chatrooms komplett im virtuellen Raum stattfinden.
Als Vorbereitung auf die Konferenz hat die CMS Kollaboration mehr als 20 neue Studien präsentiert. Die meisten davon betreffen den vollen Datensatz aus dem zweiten LHC Run aus den Jahren 2015-2018. Die Prioritäten lag auf der Suchen nach neuen Phänomenen (Teilchen oder Wechselwirkungen), die über das derzeit beste Modell der Naturkräfte, das Standardmodell der Elementarteilchen, hinausgehen. Diese Suchen basieren entweder auf direkten Spuren vom Zerfall neuer Teilchen oder aber auf subtilen Unterschieden in den Spektren bekannter Teilchen, welche auf unbekannte Wechselwirkungen schließen lassen.
Physiker*innen vom HEPHY arbeiten auf beiden Gebieten. Für LHCP2020 gab es ein neues Resultat einer direkten Suche nach supersymmetrischen Teilchen, den Superpartnern des top quarks. Diese hypothetischen Teilchen (genannt top squarks) zerfallen in Neutralinos - Neutralinos sind interessante Kandidaten für die dunkle Materie - sowie in die gut bekannten top quarks des Standardmodells. Top squarks nehmen eine prominente Rolle im Verständnis des sogenannten Hierarchieproblems, der Tatsache, dass die quantenmechanische Massenkorrektur zum Higgs boson unnatürlich groß werden kann, ein. Weil man die Neutralinos nicht direkt nachweisen kann, besteht die Schwierigkeit darin, indirekte Hinweise auf ihre Existenz in Kollisionen zu finden, die sich sonst fast wie Hintergrundereignisse mit top quarks verhalten.
Für diese Problematik wurden neuen Analysetechniken spezifisch für den Datensatz von 137/fb entwickelt. Das entspricht etwa zehn Billiarden Proton-Proton Kollisionen. Die Suche verwendet Endzustände mit zwei Leptonen (Elektronen oder Myonen) und ist für supersymmetrische Teilchenmassen bis 1.4 TeV sensitiv. Das entspricht etwa der 1500-fachen Masse des Protons.
Die Signalraten liegen dabei etwa sechs Größenordnungen unter der Produktionsrate von top quark Paaren, dem wichtigsten Hintergrundprozess. Darüber hinaus spielt das Ergebnis eine besondere Rolle in Kombination mit Suchen in komplementären Suchkanälen mit Leptonen. Zusammengenommen bilden die Suchen nach top squarks einen wichtigen Baustein zur Charakterisierung der Physik an der TeV Skala, dem Hauptfokus des LHC.
Weitere Informationen:
http://cms.cern/news/cms-shows-new-results-lhcp2020-conference
http://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/preliminary-results/SUS-19-011