Physics with ATLAS


Project leader


Funding source

Swedish Research Council - Vetenskapsrådet (VR)


Project Details

Start date: 01/01/2013
End date: 31/12/2017
Funding: 8148000 SEK


Description

Hur uppstår vilomassa hos elementarpartiklarna? Det är en fråga som forskarna hoppas få svar på under det kommande året. Enligt partikelfysikens huvudteori, Standardmodellen, så finns ett fält, i hela universum, Higgsfältet, som genom att koppla olika starkt till olika partiklar ger det dem deras respektive massa. Om denna hypotes är riktig så måste det också kunna bildas Higgspartiklar. Med världens mest kraftfulla partikelaccelerator LHC på CERN hoppas forskarna att dessa partiklar skall bildas när protoner accelererats till i stort sett ljusets hastighet och sedan krockat med varandra. Då kan vid krocken mycket tyngre partiklar än protonerna bildas. Det finns en antydan i 2011 års data att Higgspartikeln finns och att den har en massa som motsvarar 125 protoner. Där protonerna krockar har man byggt gigantiska apparater som detekterar vad som händer vid reaktionerna. Den apparat som forskargruppen vid Stockholms universitet (SU) arbetar med är stor som ett åttavåningshus och kallas ATLAS. SU?s forskargrupp har bidragit till och har ansvar för två komponenter i ATLAS, dels trigger-elektroniken och dels elektroniken till en av ATLAS kalorimetrar. Triggern väljer ut de intressanta reaktionerna som vi vill spara eftersom antalet reaktioner vid LHC vida överskrider antalet händelser som det är möjligt att registrera. Denna ansökan handlar bland annat om att förnya elektroniken såväl till triggern som till kalorimetern under kommande år eftersom antalet reaktioner i ATLAS kommer att öka väsentligt. Om vi lyckas förstår vilomassans ursprung finns det då något mer att utforska? Ett mysterium som SUs forskargrupp försöker lösa är frågan om den mörka materien. Denna materia finns i hela universum men den växelverkar svagt med omgivningen och vi ser än så länge bara dess gravitationella effekter. Den mörka materian skulle kunna utgöras av okända partiklar, som kallas WIMPs (weakly interacting massive particles), vilka skapades i Big Bang och finns kvar i universum sedan dess. Det finns ett flertal teorier inom partikelfysiken som förutsäger existensen av sådana partiklar. Den mest etablerade teorin kallas supersymmetri som förutsäger att till varje fundamental partikel skall det finnas en superpartner som har liknande egenskaper men ändå skiljer sig på ett antal punkter. En uppenbar skillnad är att de är mycket tyngre än våra ?vanliga? elementarpartiklar. I kollisionerna i ATLAS kan som nämnts ovan mycket tunga partiklar skapas. WIMPS skulle då kunna bildas när somliga av dessa supertunga partiklar sönderfaller till lättare, i en kedja av sönderfall, tills det som är kvar är en stabil WIMP. För att försöka hitta dessa letar vi inom SUs ATLAS-grupp efter händelser som har ett par snabba leptoner (elektronen eller dess tyngre kusin myonen) och där det fattas energi som den osynliga WIMPen har burit med sig. Ansökan gäller också sökandet efter exotiska partiklar som har många b-kvarkar i sitt sluttillstånd. Detta gäller t.ex. den supersymetriska partnern till toppkvarken (stopp) som förväntas sönderfalla till bl. a. en toppkvark och toppkvarken i sin tur identifieras genom att den i sönderfallet alltid ger upphov till en b-kvark. Partiklar som består av bland annat b-kvarkar kan vi märka eller tagga eftersom de flyger en bit i detektorn och innan de sönderfaller. Detta ger upphov till något som ser ut som en andra reaktionspunkt förutom den ursprungliga där protonerna kolliderade. För att identifiera denna andra reaktionspunkt krävs mycket avancerade analysmetoder och detta är något vi arbetar med i vår forskargrupp. Många teorier förutsäger också att det finns andra, mycket tunga partiklar, som inte sönderfaller snabbt men inte heller är helt stabila. Sådana partiklar, med massa motsvarande upp till ett par tusen protoner, skulle flyga relativt långsamt men ändå hinna passera en stor del av detektorn innan de sönderfaller. Denna typ av händelser är speciellt svåra att hitta, då rekonstruktionsprogrammen normalt förutsätter att en given partikel rör sig med ljusets hastighet och lämnar spår genom hela detektorn. Detta är något vi arbetar med i Stockholmsgruppen. För att förstå kopplingen mellan partiklar och dess vilomassa studerar vi också toppkvarken. Toppkvarken är unik med sin tunga massa, den är ungefär 175 gånger tyngre än en proton och den är ändå fundamental. Genom att studera egenskaper i toppkvarkens kopplingar till andra partiklar hoppas vi på att få en bättre förståelse för hur partiklar får vilomassa.

Last updated on 2017-22-03 at 07:10