Chasse aux traces évanescentes express
Dans le détecteur ATLAS du Grand collisionneur de hadrons, les particules laissent des traces comme des skieurs sur la neige. Certaines traces s'interrompent après quelques centimètres — c'est ainsi qu'apparaîtrait une particule qui naît, parcourt un court trajet puis se désintègre en quelque chose d'invisible. Les physiciens ont cherché précisément ces « traces évanescentes » dans les données de collisions de protons à 13 téraélectronvolts.
La recherche s'est appuyée sur des signes particuliers : une trace de trois ou quatre points dans les premières couches du détecteur, à proximité un jet de particules énergétique et un grand déficit d'impulsion (emporté par quelque chose d'invisible). Pour distinguer un vrai signal des coïncidences fortuites, on a utilisé l'apprentissage automatique et des méthodes spéciales d'estimation du bruit de fond.
Ce résultat ressemble à une battue en forêt : on n'a pas trouvé les traces de l'animal recherché, mais la carte du terrain est devenue plus précise. Les prochaines recherches sauront où ne pas chercher et pourront se concentrer sur des particules plus lourdes ou à plus longue durée de vie.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2603.08315
This paper reports a search for decays of long-lived charginos or $$\tau$$-sleptons to final states containing a short disappearing track, a single high-energy jet, and missing transverse momentum. The search uses 137 fb$$^{-1}$$ of data from 13 TeV proton-proton collisions recorded by the ATLAS detector during Run 2 of the LHC. Multiple search regions are defined, all requiring the presence of a track reconstructed from either three or four measurements in the innermost layers of the ATLAS detector. Regions with tracks having only three measurements are further characterised by the absence or presence of a low-energy charged pion reconstructed using a dedicated algorithm, leveraging machine learning. Data-driven methods are used to estimate the background contributions in the search regions. No significant excesses are found and 95% CL lower limits are placed on the masses of charginos and $$\tau$$-sleptons in the lifetime range $$0.01{-}10$$ ns. Observed (expected) mass limits of up to 225 GeV (250 GeV) are set for pure-higgsino charginos in scenarios with lifetimes below 0.03 ns, where the electroweakino mass splitting is entirely due to loop corrections involving the Standard Model bosons, and up to 720 GeV (840 GeV) for charginos with a lifetime of around 1 ns. For wino production, charginos with masses up to 880 GeV (1020 GeV) are excluded for lifetimes of around 1 ns. For $$\tau$$-sleptons with lifetimes of around 1 ns, masses are excluded up to 320 GeV (390 GeV) in Constrained Minimal Supersymmetric Standard Model scenarios and 300 GeV (380 GeV) in Gauge-Mediated Supersymmetry-Breaking scenarios.
En une nanoseconde, la lumière ne parcourt que 30 centimètres — à peu près la longueur d'une règle d'écolier. Les particules que les physiciens cherchaient vivent moins longtemps que le temps qu'il faut à la lumière pour traverser le détecteur.
L'idée de particules qui laissent une trace brève puis disparaissent évoque les histoires de fantômes qui ne sont visibles qu'un instant avant de se dissoudre dans l'air.