2014: Новые результаты поиска темной материи в эксперименте ATLAS (ЦЕРН)

Учеными физического факультета под руководством Проф. Лидии Смирновой (кафедра общей ядерной физики) и НИИЯФ МГУ в международной коллаборации ATLAS (CERN) получены новые результаты поиска темной материи в экспериментах ATLAS.

Поиск слабовзаимодействующих массивных частиц (WIMP), обозначаемых как χ, проведен в протонных соударениях при энергии 8 ТэВ в системе центре масс на всех имеющихся данных (20.3 фб-1) в эксперименте ATLAS. Эти частицы являются вероятными кандидатами на роль темной материи во вселенной. Рождение их может происходить в протонных соударениях парами через неизвестное промежуточное состояние. Проведенные исследования имеют высокую чувствительность к WIMP частицам с небольшой массой mχ, где эксперименты прямого детектирования таких частиц имеют низкую эффективность. Подобно нейтрино, WIMP частицы не могут быть зарегистрированы в детекторе ATLAS, но можно выделить события с их присутствием благодаря большой недостающей энергии, если они содержат также обычные частицы стандартной модели, рожденные за счет излучения в начальном состоянии. Такая реакция может быть записана в виде рр → χχ̃ + X, где Х может обозначать ассоциированные струю, фотон, W или Z бозоны. Новый поиск проведен для событий с ассоциированным рождением W или Z, распадающихся по адронному каналу, с образованием струй адронов.

Отбирались события с величиной недостающей энергии выше 350 и 500 ГэВ. Не обнаружено превышения числа событий над предсказаниями стандартной модели. В результате установлены наиболее сильные ограничения на шкалу масс эффективной теории поля М* в зависимости от массы mχ для разных операторов связи WIMP частиц с частицами стандартной модели. Эти ограничения могут быть пересчитаны на величины сечений рассеяния WIMP частиц на нуклонах, откуда видно, что определяющее значение полученных в ATLAS ограничений сечений для масс mχ до десятков ГэВ, однако в отличие от прямых измерений, эти результаты являются модельно зависимыми.

Результаты данной работы были опубликованы в коллаборацией ATLAS, в которую входят ученые физического факультета и НИИЯФ МГУ в статье Phys. Rev. Lett. 112, 041802 (2014).