ATLAS实验发布了对长寿命粒子的新搜索

尽管已经取得了数十年的预测成功，但是粒子物理学的标准模型仍无法解释一些重要现象。即使还没有出现标准模型之外的粒子的确定标志，也必须存在可以完全描述宇宙的其他理论。

欧洲核子研究组织ATLAS实验的研究人员正在扩展其广泛的搜索程序，以寻找未知物理的更多不寻常特征，例如长寿命粒子。这些新粒子的寿命为0.01到10 ns;作为比较，希格斯玻色子的寿命为10 –13 ns。自然激发长寿命粒子的理论是超对称(SUSY)。SUSY预测存在与具有不同自旋特性的标准模型粒子相对应的“超级伙伴”粒子。

ATLAS协作组织的一项新搜索正在寻找电子，介子和tau轻子的超级伙伴，分别称为“ sleptons”(分别是“ selectron”，“ smuon”和“ stau”)。该搜索考虑了成对产生瘦子的情况，这些瘦子与衰变产物耦合很弱，因此寿命很长。在此模型中，每个长寿命的子链在衰减到标准模型的轻子和不可检测的轻质粒子之前，都将经过探测器一段距离(取决于它们的平均寿命)。因此，物理学家会观察到两个轻子似乎来自与质子-质子碰撞发生位置不同的位置。

通过分析确定的上限，取决于可能的子链寿命，该值取决于子链质量。实线表示观察到的极限，虚线表示在没有统计波动的情况下的预期极限，分析结果排除了有色区域。排泄物的排除区域小于选择器和smuons的排泄物，因为它取决于产生的标准模型金星衰变成电子或介子。极限对子链质量的依赖性主要源于对子链的生产横截面，该横截面随质量而急剧下降。图片来源：ATLAS协作/ CERN

这个独特的签名对物理学家提出了挑战。尽管许多理论都预测粒子在衰减之前可能会在ATLAS检测器中传播一段时间，但典型的数据重建和分析是针对会瞬间衰减的新粒子进行的，这与标准模型重粒子的工作方式相同。因此，ATLAS物理学家必须开发鉴定粒子的新方法，以增加重建这些“位移的”轻子的可能性。在此分析中，仅研究了置换的电子和介子，但该结果也可用于taus，因为在大约三分之一的情况下，taus迅速衰减为电子或介子。

由于长寿命粒子的衰变所产生的粒子将远离碰撞，因此会出现异常的背景源：光子被误识别为电子，被错误测量的μ子以及被错误测量的宇宙射线μ子。宇宙射线μ子来自与地球大气碰撞的高能粒子，可以穿过ATLAS探测器。由于它们不一定在碰撞点附近通过检测器，因此它们看起来好像源于长寿命的粒子衰变。ATLAS的物理学家已经开发出不仅可以减少这些来源的贡献的技术，而且还可以估算每种来源对搜索的贡献程度。