The Stealthy Supersymmetry sedang dieksplorasi di Large Hadron Collider

Sebuah peristiwa direkam antara 201 selama Detektor CMS dengan 10 jet (kerucut oranye) dan muon (garis merah). Kredit: Kolaborasi CMS

Model standar fisika partikel melengkapi pengetahuan kita saat ini tentang partikel elementer dan interaksinya. Model standar tidak lengkap; Misalnya, ia tidak menggambarkan pengamatan seperti gravitasi, tidak ada prediksi untuk materi gelap, yang menyusun sebagian besar materi di alam semesta, atau massa neutrino.

Untuk memperbaiki kelemahan model standar, fisikawan telah menyarankan perluasan dan pemeriksaan tabrakan di LHC untuk melihat apakah prediksi model “fisika di luar model standar” akan muncul sebagai perubahan perilaku partikel baru atau partikel yang diketahui. Supersimetri atau singkatnya SUSY adalah salah satu ekstensi dari model standar. Supersimetri memprediksi bahwa setiap jenis partikel yang diketahui dalam model standar memiliki pasangan supersimetris. Jumlah jenis partikel di alam kemudian secara efektif berlipat ganda dan banyak interaksi baru antara partikel biasa dan partikel SUSY baru dimungkinkan.

Dalam uji tabrakan seperti CMS, diharapkan beberapa partikel sushi akan terbentuk dan jejak pembusukannya akan terdeteksi di dalam detektor. Salah satu tanda tangan paling umum untuk supersimetri akan diukur sebagai partikel yang tampaknya tidak ada yang menciptakan sejumlah besar ketidakseimbangan dalam detektor yang disebut energi transversal tidak ada. Ini adalah tanda tangan terakhir yang sulit untuk dilewatkan!

Banyak pencarian dilakukan di CMS untuk menemukan tanda tangan energi transversal yang sangat hilang ini, tetapi tidak ada bukti supersimetri yang ditemukan. Namun, mungkin ada supersimetri dan itu hanya “tersembunyi” daripada yang diperkirakan sebelumnya. Ada banyak tanda tangan potensial individu yang dapat membentuk supersimetri, dan fitur utama dalam beberapa versi modifikasi dari supersimetri memprediksi bahwa semua partikel SUSY dapat kembali ke partikel model standar, misalnya, quark, yang akan muncul di setiap detektor sebagai semprotan partikel, yang disebut sebuah jet. Jika versi supersimetri ini benar, tumbukan proton dengan proton akan menghasilkan keadaan akhir beberapa jet tanpa kehilangan energi yang cukup. Dalam hal ini, akan dijelaskan mengapa pencarian sebelumnya tidak menemukan apapun!

Sifat dramatis dari tumbukan proton

Gambar 1. Dramatitas produksi partikel SUY dari tumbukan proton-proton yang meluruh pada objek yang diamati pada detektor (ini adalah tanda dari apa yang disebut R-parity violator SUSY). Kredit: Kolaborasi CMS

Tujuan dari pencarian ini adalah untuk mengetahui apakah supersimetri memiliki dua quark yang tersembunyi di sana, tepatnya dengan menghasilkan dua quark atas supersimetris (disebut simpul atas) karena kuadrat atas ini menghasilkan dua quark teratas dan banyak lagi jet dalam deteksi korosif, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Tanda tangan ini tidak begitu jelas sehingga mengandung banyak energi yang hilang karena ada banyak cara model standar dua dapat menghasilkan quark atas dan banyak jet. Namun, ada kecenderungan untuk membuat lebih banyak jet rata-rata daripada proses latar belakang mana pun yang dikenal dalam sinyal kuadrat atas ini. Peristiwa pemodelan dengan jumlah jet yang sangat besar sangatlah rumit dan bahkan alat simulasi terbaik pun tidak selalu bisa melakukannya dengan benar. Sehingga, data diandalkan untuk memprediksi jumlah kejadian dengan jumlah jet tertentu.

Strategi kami tidak akan mungkin tercapai tanpa penggunaan pembelajaran mesin dan kekuatan jaringan neural. Teknik pembelajaran mesin pendingin yang digunakan untuk mendeteksi tabrakan yang mungkin memiliki erosi pada kotak atas disebut pembalikan gradien, yang dapat dijelaskan sebagai berikut. Bayangkan Anda memetik cokelat dalam dua kategori: cokelat dengan karamel dan cokelat biasa. Anda tahu bahwa coklat karamel lebih berat dari coklat biasa karena diisi dengan karamel. Misalkan juga bahwa cokelat memiliki dua bentuk di antara semua varietas karamel dan reguler: persegi atau lingkaran. Terakhir, Anda akan diberi tahu bahwa cokelat persegi rata-rata, lebih berat daripada cokelat bulat.

Salah satu cara untuk memilih coklat adalah dengan menyortir semua kotak coklat sebagai coklat karamel dan coklat bulat sebagai coklat biasa. Bagaimanapun, cokelat persegi dan cokelat karamel pada umumnya berat. Metode penyortiran ini tidak tepat karena tidak semua kotak coklat mengandung karamel, jadi yang terbaik adalah memetik coklat secara terpisah dari ukurannya. Mengabaikan ukuran pada saat pengurutan sesuai dengan padanan dari crash gradien yang memungkinkan kita lakukan dalam konteks fisika. Alih-alih karamel dan cokelat biasa, pilihannya adalah antara peristiwa sinyal dan latar belakang, dan alih-alih ukurannya, jumlah jet yang dipilih harus berbeda.

Teknik ini diperlukan untuk memodelkan distribusi nomor jet langsung dari data. Peristiwa bagian latar belakang digunakan untuk memprediksi berapa banyak peristiwa yang harus terjadi di bagian sinyal dengan sejumlah jet tertentu. Karena model sinyal menghasilkan lebih banyak jet daripada latar belakang model standar, setiap penyimpangan dari prediksi dapat berarti bahwa memang ada sesuatu yang tersembunyi.

Gambar 2 menunjukkan perbandingan jumlah distribusi jet yang diperoleh dari data yang dikumpulkan dengan perkiraan latar belakang akhir kami. Dalam hal ini, prediksi mengasumsikan bahwa model sinyal hipotetis kami tidak memiliki kontribusi. Di sini, kesepakatan antara data dari empat kategori proses model standar dan prediksi kami cukup baik.

Jumlah plot jet

Gambar 2. Distribusi jumlah kejadian dengan jumlah jet tertentu ditampilkan untuk berkontribusi pada prediksi data yang dikumpulkan (titik hitam) dan latar belakang model standar yang diketahui (blok berwarna). Garis berwarna / gaya yang berbeda menunjukkan jumlah distribusi jet untuk model SUSY yang berbeda dengan massa persegi atas tertentu. Kredit: Kolaborasi CMS

Penyimpangan kecil dari perkiraan kami ditemukan saat data dibagi lagi menjadi beberapa bagian daripada yang ditunjukkan pada Gambar 2. Namun, penyimpangannya tidak terlalu besar sehingga menguntungkan untuk membuat klaim yang tegas tentang apakah rekomendasi tersebut mungkin benar atau tidak. Ini mungkin karena fluktuasi statistik dalam data atau mungkin masalah pemodelan yang tidak diketahui.

Dalam fisika partikel, “standar emas” adalah pengumuman penemuan fisika baru jika suatu hasil memiliki 5 deviasi standar atau lebih. Artinya, kemungkinan hasil 1 dari 3,5 juta hanya dari fluktuasi acak dalam data. Pembuktian, atau klaim bahwa cukup menarik untuk mempertimbangkan kemungkinan bahwa itu mungkin sesuatu yang baru, telah dilakukan dengan signifikansi hanya 3 standar deviasi, hasilnya mewakili 1 dari 740 karena fluktuasi. Standar ini sangat ketat dibandingkan dengan kebanyakan disiplin ilmu lainnya. LHC menghasilkan banyak data, sehingga bisa saja terjadi deviasi apapun dari prediksi model standar hanya didapat secara random. Dalam fisika partikel, tidak ada jaminan untuk mengklaim penyimpangan apa pun tanpa memeriksa validitas statistiknya secara serius.

Analisis ini menunjukkan bahwa signifikansi deviasi terbesar adalah 2,8 standar deviasi, tanpa koreksi untuk efek di tempat lain. Ini berarti bahwa meskipun tidak ada supersimetri, seseorang mengharapkan untuk melihat hasil seperti itu sekali setiap 368 kali di bawah tepi deviasi standar 5 36. CMS telah menerbitkan lebih dari 1000 makalah, melihatnya dalam beberapa dekade atau di ratusan tempat, Anda dapat melihat bahwa fluktuasi sesekali dalam satu hasil sama sekali tidak mengejutkan. Hasil masih dapat diartikan sebagai batasan dari skenario supersimetri pencurian yang diizinkan sesuai dengan data. Bergantung pada detail model, orang persegi atas di bawah ~ 700 dapat dikecualikan.

Pencarian ini menjelaskan tanda tangannya yang pertama di jenisnya, yang sebelumnya belum ditemukan di LHC. Sedikit makna yang diperoleh adalah signifikan dan apakah sumbernya adalah fluktuasi statistik sederhana adalah karena pemahaman kita tentang model standar, yang akan menarik dengan sendirinya atau bisa menjadi tanda pertama dari fisika baru. Selain itu, pada tahun 2022, LHC berikutnya akan mulai menerima data. Ini akan membantu CMS untuk membuat keputusan yang lebih tepat tentang kemungkinan fisika baru. Jika supersimetri akhir benar-benar ada, data tambahan ini mungkin akan memungkinkan hasil yang lebih tepat, yang berpotensi mengarah pada kualitas emas untuk ditemukan.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Alat-alat baru dibutuhkan untuk mencegah pandemi penyakit tanaman

Mengamati penyakit tanaman dapat mengungkapkan keamanan pangan. Penyakit tanaman tidak berhenti di perbatasan negara, dan kilometer lautan juga tidak mencegah penyebarannya. Itulah mengapa pengawasan...

Ilmuwan Menjelajahi Tesla Roads Jangan Ambil – Dan Temukan Kekuatan Baru Berguna dalam Penemuan Centennial

Foto eksposur ganda Nikola Tesla pada bulan Desember 1899 duduk di laboratoriumnya di Colorado Springs di sebelah kaca pembesar generator tegangan tinggi sementara mesin...

Untuk Mempercepat Akses, Mikroskopi yang Sangat Dapat Diputar Meninggalkan “Di Bawah Kisi”

Contoh desain ubin yang digunakan pada ulat percobaan C. elegans. Mesin non-grid memberi model fleksibilitas sementara untuk dengan cepat memasuki lingkungan yang menyenangkan....

Lingkar Kuno Munculnya Tektonik Lempeng Data 3,6 Miliar Tahun Lalu – Peristiwa Penting untuk Memperkaya Kehidupan Bumi

Zirkonia yang dipelajari oleh tim peneliti, difoto menggunakan katodoluminesensi, memungkinkan tim untuk melihat bagian dalam kristal menggunakan mikroskop elektron khusus. Lingkar zirkon adalah...

Bisakah kita mengurangi kecanduan opioid? [Video]

Pada 2017, jutaan orang di seluruh dunia kecanduan opioid dan 115.000 meninggal karena overdosis. Opioid adalah obat penghilang rasa sakit paling manjur yang kita miliki,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.