Dalam penelitian partikel subatomik, fisika mempelajari bagaimana partikel Higgs boson menghilangkan menjadi berbagai jenis partikel. Salah satu pertanyaan yang menarik adalah apakah Higgs boson dapat menghilangkan menjadi dark matter?

Dark matter tidak berinteraksi langsung dengan detektor ATLAS, sehingga fisika harus mencari tanda-tanda "partikel tak terlihat", ditentukan melalui konservasi momentum dari produk kolisi proton-proton. Menurut Model Standar, proporsi Higgs boson yang menghilangkan menjadi final state tak terlihat (empat neutrino!) hanya sekitar 0,1% dan oleh karena itu dapat diabaikan.

Jika kejadian seperti itu diamati, maka akan menjadi indikasi langsung dari new physics dan potensi bukti Higgs boson menghilangkan menjadi partikel dark matter.

ATLAS Mencari Tanda-tanda Menghilangkan

Tim ATLAS Collaboration telah mempelajari dataset lengkap LHC Run 2 untuk menentukan batas eksklusi yang paling kuat terhadap Higgs boson menghilangkan ke partikel tak terlihat dan dark matter hingga saat ini.

Menggunakan Channel VBF

Pada LHC, channel VBF (vector boson fusion) adalah channel yang paling sensitif untuk mencari tanda-tanda langsung dari Higgs boson menghilangkan ke partikel tak terlihat. Produksi VBF Higgs-boson menghasilkan dua sprays partikel (disebut "jets") yang menunjukkan arah lebih ke depan di detektor ATLAS. Hal ini, dikombinasikan dengan momentum hilang besar dalam arah transverse sejajar dengan sumbu beam dari partikel tak terlihat, menciptakan signature unik yang dapat dicari oleh fisika ATLAS.

Hasil Baru

Dalam hasil baru yang diperkenalkan hari ini, Tim ATLAS Collaboration telah mempelajari dataset lengkap LHC Run 2 untuk mencari tanda-tanda Higgs boson menghilangkan ke partikel tak terlihat dalam event VBF. Tidak ada eksces signifikan dari events di atas latar belakang yang diharapkan dari proses Standar Model.

ATLAS telah menentukan batas eksklusi 13% pada tingkat kepercayaan 95%, menggunakan dataset sekitar 75% lebih besar daripada pencarian ATLAS sebelumnya. Tim telah mengimplementasikan beberapa perbaikan, termasuk:

• Algoritma filtering yang lebih cepat untuk menghasilkan simulasi kolisi setara dengan kemampuan computing yang sama.
• Pemilihan collision yang diperbarui untuk menerima ~50% lebih banyak event Higgs-boson di atas dataset yang sama.
• Kategorisasi event yang diperbarui untuk hasil signal-to-background ratio yang lebih tinggi dalam region search. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 1 sebagai garis merah di panel bawah yang meningkat seiring massa invariant dua leading jets (mjj) meningkat.

Batas Eksklusi

Batuan eksklusi yang diperoleh ATLAS adalah batas eksklusi yang paling kuat terhadap Higgs boson menghilangkan ke partikel tak terlihat hingga saat ini. Batas-batas ini konsisten dengan tidak adanya tanda-tanda Higgs boson menghilangkan ke dark matter.

Himpunan Batasan

Batas eksklusi yang diperoleh ATLAS juga menunjukkan batas eksklusi WIMP-nucleon cross section pada tingkat kepercayaan 90%, seperti ditunjukkan dalam Gambar 2. Batas-batas ini kompetitif dengan eksperimen deteksi langsung lainnya untuk massa WIMP hingga setengah massa Higgs boson, asumsi Higgs boson berinteraksi langsung dengan dark matter.

Penelitian Berlanjut

Dalam penelitian berikutnya, fisika ATLAS akan terus meningkatkan sensitivitas untuk probe fundamental dari dark matter.