盡管已經(jīng)取得了數(shù)十年的預(yù)測(cè)成功，但是粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型仍無(wú)法解釋一些重要現(xiàn)象。即使還沒(méi)有出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)模型之外的粒子的確定標(biāo)志，也必須存在可以完全描述宇宙的其他理論。

歐洲核子研究組織ATLAS實(shí)驗(yàn)的研究人員正在擴(kuò)展其廣泛的搜索程序，以尋找未知物理的更多不尋常特征，例如長(zhǎng)壽命粒子。這些新粒子的壽命為0.01到10 ns;作為比較，希格斯玻色子的壽命為10 –13 ns。自然激發(fā)長(zhǎng)壽命粒子的理論是超對(duì)稱(SUSY)。SUSY預(yù)測(cè)存在與具有不同自旋特性的標(biāo)準(zhǔn)模型粒子相對(duì)應(yīng)的“超級(jí)伙伴”粒子。

ATLAS協(xié)作組織的一項(xiàng)新搜索正在尋找電子，介子和tau輕子的超級(jí)伙伴，分別稱為“ sleptons”(分別是“ selectron”，“ smuon”和“ stau”)。該搜索考慮了成對(duì)產(chǎn)生瘦子的情況，這些瘦子與衰變產(chǎn)物耦合很弱，因此壽命很長(zhǎng)。在此模型中，每個(gè)長(zhǎng)壽命的子鏈在衰減到標(biāo)準(zhǔn)模型的輕子和不可檢測(cè)的輕質(zhì)粒子之前，都將經(jīng)過(guò)探測(cè)器一段距離(取決于它們的平均壽命)。因此，物理學(xué)家會(huì)觀察到兩個(gè)輕子似乎來(lái)自與質(zhì)子-質(zhì)子碰撞發(fā)生位置不同的位置。

通過(guò)分析確定的上限，取決于可能的子鏈壽命，該值取決于子鏈質(zhì)量。實(shí)線表示觀察到的極限，虛線表示在沒(méi)有統(tǒng)計(jì)波動(dòng)的情況下的預(yù)期極限，分析結(jié)果排除了有色區(qū)域。排泄物的排除區(qū)域小于選擇器和smuons的排泄物，因?yàn)樗Q于產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)模型金星衰變成電子或介子。極限對(duì)子鏈質(zhì)量的依賴性主要源于對(duì)子鏈的生產(chǎn)橫截面，該橫截面隨質(zhì)量而急劇下降。圖片來(lái)源：ATLAS協(xié)作/ CERN

這個(gè)獨(dú)特的簽名對(duì)物理學(xué)家提出了挑戰(zhàn)。盡管許多理論都預(yù)測(cè)粒子在衰減之前可能會(huì)在ATLAS檢測(cè)器中傳播一段時(shí)間，但典型的數(shù)據(jù)重建和分析是針對(duì)會(huì)瞬間衰減的新粒子進(jìn)行的，這與標(biāo)準(zhǔn)模型重粒子的工作方式相同。因此，ATLAS物理學(xué)家必須開(kāi)發(fā)鑒定粒子的新方法，以增加重建這些“位移的”輕子的可能性。在此分析中，僅研究了置換的電子和介子，但該結(jié)果也可用于taus，因?yàn)樵诖蠹s三分之一的情況下，taus迅速衰減為電子或介子。

由于長(zhǎng)壽命粒子的衰變所產(chǎn)生的粒子將遠(yuǎn)離碰撞，因此會(huì)出現(xiàn)異常的背景源：光子被誤識(shí)別為電子，被錯(cuò)誤測(cè)量的μ子以及被錯(cuò)誤測(cè)量的宇宙射線μ子。宇宙射線μ子來(lái)自與地球大氣碰撞的高能粒子，可以穿過(guò)ATLAS探測(cè)器。由于它們不一定在碰撞點(diǎn)附近通過(guò)檢測(cè)器，因此它們看起來(lái)好像源于長(zhǎng)壽命的粒子衰變。ATLAS的物理學(xué)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出不僅可以減少這些來(lái)源的貢獻(xiàn)的技術(shù)，而且還可以估算每種來(lái)源對(duì)搜索的貢獻(xiàn)程度。