Search for Supersymmetry and Extra-Dimensions with the ATLAS Experiment at CERN


Project leader


Funding source

Swedish Research Council - Vetenskapsrådet (VR)


Project Details

Start date: 01/03/2013
End date: 31/12/2015
Funding: 800000 SEK


Description

Partikelfysikens standardmodell är den bild och teori vi har idag för att beskriva materiens minsta byggstenar, och hur de växelverkar med varandra. Denna modell har testats experimentellt med oerhörd precision och berättar för oss att materiens minsta beståndsdelar är så kallade elementarpartiklar: kvarkar och leptoner med spinn 1/2. Man har till exempel kunnat bevisa experimentellt att en proton är uppbyggd av 3 kvarkar. Enligt denna modell är den vanliga elektronen en lepton (vilket kommer från grekiska leptos: liten eller smal) och är alltså en äkta elementarpartikel. Elementarpartiklar växelverkar genom utbytet av så kallade vektorbosoner som har spinn ett och som förmedlar växelverkan. Det finns särskilda bosoner för varj typ av växelverkan: den elektromagnetiska växelverkan förmedlas av fotonen, den svaga växelverkan förmedlas av "W och Z" bosoner, och den starka växelverkan förmedlas av "gluonen". Alla vektorbosoner har kunnat observeras i olika partikelacceleratorer och lett till flera Nobelpriser. Men det finns också gravitationskraften som inte alls beskrivs av standardmodellen, vilket är ett av många argument som gör att partikelfysikforskarna är övertygade att det måste finnas en annan djupare teori bortom standardmodellen och att denna teori måste kunna beskriva mycket mer av vårt universum. Astrofysiska och kosmologiska studier visar på sin sida att vårt universum måste innehålla en stor mängd materia som inte växelverkar med fotoner och är därför osynlig eller mörk. Man kan trots allt "se" mörk materian indirekt genom dess gravitationella påverkan på vanlig materia som till exempel stjärnor och galaxer. Förklaringen som hittills passar bäst med observationer är att mörk materia består av partiklar som växelverkar endast med den svaga växelverkan och som är relativt tunga, dvs flera gånger tyngre än en proton, och kanske upp till tusen gånger tyngre. Dessa partiklar kallas för WIMP. Problemet med WIMP är att det finns ingen elementarpartikel i standardmodellen som liknar en WIMP. I ansträngningen med att utvidga standardmodellen har teoretiker kommit fram till flera än obekräftade,teorier som också råkar förutsäga WIMP partiklar existens. Två av dessa ledande teorier är supersymmetri och extradimensioner. Supersymmetri skulle vara en ny symmetri i Naturen, som förvandlar fermioner (med halv spinn som tex leptoner och kvarkar) till bosoner med heltal spinn (fotonen, gluonen, W och Z bosoner) och vice versa. Supersymmetri skulle kunna förklara mörk materian och lösa ett antal problem med standardmodellen. Teorier med nya extra rymddimensioner skulle också kunna förklara mörk materia och komma till rätta med vissa problem i standardmodellen. Det här projektet syftar på att söka efter supersymmetri och extradimensioner med hjälp av ATLAS experimentet vid CERN. ATLAS experimentet är designat för att kunna studera proton-proton kollisionerna som produceras i Large Hadron Collider (LHC). Tack vare betydligt högre energi och antal kollisioner per sekund än tidigare acceleratorer öppnar LHC ett helt nytt fönster och helt nya möjligheter att utforska fysiken bortom standardmodellen. Vissa viktiga sökkanaler där man producerar supersymmetri och extradimensioner genom den svaga växelverkan har negligerats, dessa kanaler skulle kunna upptäcka antingen supersymmetri och extradimensioner om starkväxelverkande SUSY eller extra-dimensions partiklar skulle vara för tunga. Det är dessutom svagväxelverkande supersymmetri eller extradimensions partiklar som skulle utgöra mörk materia. Studien av deras direkta produktion (gentemot indirekt via andra nya partiklar) skulle vara en rakare väg mot deras förståelese.

Last updated on 2017-31-03 at 12:57