Search for stop quarks using the matrix element method at the LHC

Een nieuwe aanpak van de zoektocht naar stop quarks aan de Large Hadron Collider met behulp van de matrixelementmethode

Sinds de ontdekking van het Higgs deeltje in 2012 is het standaard model der deeltjes weer op het voorplan verschenen. Ondanks zijn opmerkelijke overeenkomst met experimentele resultaten kan dit model niet alles verklaren. Een mogelijke oplossing voor tal van onopgeloste vragen is de introductie van een nieuwe symmetrie, “supersymmetrie”, die deeltjes en krachten op gelijke voet behandelt. Deze theorie voorspelt een heleboel nieuwe deeltjes, maar die zijn tot op heden nog niet geobserveerd. Indien ze bestaan, worden deze deeltjes slechts zeer zelden geproduceerd, zo zelden dat ze lijken te verdrinken in een achtergrond van standaard model processen. Er is dus nood aan technieken die dit kleine signaal uit de achtergrond kunnen filteren. Een nieuwe methode die hiertoe kan bijdragen is de matrixelementmethode.

Wanneer twee deeltjes botsen in de Large Hadron Collider (LHC) worden er nieuwe deeltjes gecreëerd, die op hun beurt weer vervallen naar andere deeltjes. Alle informatie over zo’n proces, zoals de energie en massa van de deeltjes, zit vervat in een zogenoemd matrixelement. Aangezien een detector niet perfect is, zijn de gemeten energieën vaak verschillend van de echte energieën van de deeltjes. Dit wordt in rekening gebracht door transferfuncties, die het verband geven tussen de geobserveerde en de echte energieën van de deeltjes. Als er rekening gehouden wordt met hoe vaak een bepaald proces geproduceerd wordt, ook wel werkzame doorsnede genoemd, geeft de matrixelementmethode de waarschijnlijkheid weer dat het geobserveerde proces signaal of achtergrond is. Op deze manier kan een bovengrens voor de werkzame doorsnede van de signaalprocessen bepaald worden. Hoe strenger deze bovenlimiet, des te gevoeliger is de methode voor het signaal. Met de matrixelementmethode werd een bovengrens bekomen die ongeveer driemaal kleiner is dan deze verkregen met andere technieken, die slechts een gedeelte van de informatie van het proces gebruiken. Dit betekent dat de matrixelementmethode uitermate nuttig is in de zoektocht naar nieuwe fysica.