{"id":2314,"date":"2022-12-05T14:00:00","date_gmt":"2022-12-05T13:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/?p=2314"},"modified":"2022-12-05T14:20:52","modified_gmt":"2022-12-05T13:20:52","slug":"alla-ricerca-di-leptoni-pesanti","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/alla-ricerca-di-leptoni-pesanti\/","title":{"rendered":"Alla ricerca di Leptoni Pesanti"},"content":{"rendered":"\n

All\u2019inizio dello scorso mese, Novembre 2022, la Collaborazione ATLAS ha ufficialmente pubblicato su rivista i risultati della ricerca di leptoni pesanti previsti dal modello chiamato SeeSaw di Tipo-III<\/em>, in cui il gruppo dell\u2019INFN Bologna e dell\u2019Universit\u00e0 di Bologna ha giocato un ruolo fondamentale. <\/p>\n\n\n\n


I leptoni<\/em> sono un gruppo di particelle fondamentali del Modello Standard (MS), relativamente leggere, di cui fanno parte l’elettrone, il muone ed il tauone. Appartengono alla famiglia dei fermioni<\/em> insieme ai quark<\/em>, ma a differenza di questi ultimi, non possono interagire fortemente<\/em>. I leptoni pesanti sono stati ipotizzati da diversi meccanismi oltre il MS, e presentano propriet\u00e0 simili ai leptoni ma con un valore di massa molto maggiore.

I modelli SeeSaw sono stati teorizzati per cercare di dare una risposta ad una delle pi\u00f9 grandi domande ancora aperte all\u2019interno della fisica delle particelle: \u201cQual \u00e8 il meccanismo che permette ai neutrini di acquisire una massa?\u201d.
All\u2019interno della teoria del Modello Standard i neutrini sono considerati particelle elementari prive di massa, assunzione che \u00e8 stata sperimentalmente smentita alla fine del XX secolo con l\u2019osservazione, da parte dell\u2019esperimento SuperKamiokande, dell\u2019oscillazione di sapore dei neutrini atmosferici. Tra i diversi tipi di meccanismi SeeSaw, il Tipo-III introduce tre nuovi leptoni pesanti, uno neutro (N0<\/sup>) e due carichi (L+<\/sup>, L–<\/sup>), a scale di energia e frequenze di produzione tale da essere potenzialmente osservabili in collisioni protone-protone ad LHC.
L\u2019osservazione di queste nuove particelle aggiungerebbe un nuovo tassello mancante alla teoria, che permetterebbe di includere, cos\u00ec, il meccanismo per l\u2019acquisizione della massa dei neutrini, portandoci sempre pi\u00f9 vicini al completamento del Modello Standard.<\/p>\n\n\n\n


La Collaborazione ATLAS aveva gi\u00e0 pubblicato ricerche di leptoni pesanti previsti dal modello SeeSaw di Tipo-III in stati finali con due leptoni, due jet ed energia trasversa mancante (MET), usando i dati raccolti durante Run 1 (2009 \u2013 2013) e Run 2 (2015-2018). Questa nuova analisi si focalizza, per la prima volta in ATLAS, su stati finali con la presenza di tre e quattro leptoni prodotti da questi nuovi leptoni, usando i dati del Run 2 e un\u2019energia nel centro di massa di 13 TeV. I risultati sono stati combinati con quelli ottenuti guardando alla topologia con due leptoni, fornendo una panoramica pi\u00f9 completa sulla produzione di leptoni pesanti in collisione protone-protone.<\/p>\n\n\n\n


Queste nuove particelle ipotizzate decadono in leptoni e bosoni del Modello Standard, che a loro volta producono stati finali con un\u2019alta molteplicit\u00e0 leptonica, jet e MET. Nella topologia con tre leptoni gli eventi sono categorizzati in base al decadimento dei bosoni del MS: almeno un bosone Z<\/em> leptonico; almeno un bosone Z <\/em>adronico, tutti i bosoni nello stato finale che decadono leptonicamente. I processi con la presenza di quattro leptoni sono invece cercati in stati finali con carica totale nulla o uguale a \u00b12. Negli eventi prodotti dal decadimento dei leptoni pesanti, per via della loro elevata massa, sono previsti oggetti altamente energetici che vengono selezionati richiedendo alti valori degli impulsi e della massa invariante dei diversi sistemi di particelle.<\/p>\n\n\n\n


I processi del Modello Standard con segnatura simile sono ridotti dai tagli imposti dall\u2019analisi, che permettono di eliminare gran parte degli eventi di fondo a favore di quelli di segnale. I fondi principali, stimati tramite campioni Monte Carlo (MC), che sopravvivono alla selezione sono composti da processi con la presenza di pi\u00f9 di un quark top, da due bosoni Z <\/em>e da una coppia di bosoni W <\/em>e Z<\/em>. La componente di fondo dovuta ai leptoni mal ricostruiti non pu\u00f2 essere simulata con precisione, perci\u00f2 \u00e8 stata studiata tramite una tecnica ad-hoc<\/em>, chiamata fake-factor, basata sul confronto tra i dati e le simulazioni MC in particolari regioni arricchite di questo tipo di oggetti.<\/p>\n\n\n\n


L\u2019interpretazione statistica dei risultati \u00e8 l\u2019ultimo step necessario per la ricerca di possibili deviazioni rispetto le predizioni del Modello Standard. Un eventuale di eccesso di dati rispetto a quelli attesi dal MS potrebbe portare all\u2019osservazione di un segnale di produzione dei leptoni pesanti previsti dal modello SeeSaw di Tipo-III.
In questa analisi nessun eccesso di segnale rispetto le previsioni del MS \u00e8 stato osservato, perci\u00f2 \u00e8 stato possibile imporre un limite superiore sulla sezione d\u2019urto di produzione di queste particelle e uno inferiore sulle loro masse (Figura 1). Questa ricerca ha escluso la presenza di leptoni pesanti con masse inferiori a 870 GeV nel canale con tre e quattro leptoni, e inferiori a 910 GeV combinando i risultati con quelli dello stato finale con due leptoni.<\/p>\n\n\n\n


L\u2019analisi qui presentata si inserisce nell\u2019ambito delle ricerche di fisica esotica<\/em>, cio\u00e8 lo studio di alcuni meccanismi non previsti dal Modello Standard che prevedono l\u2019esistenza di nuove particelle.
Questa ricerca svolta all\u2019interno della Collaborazione ATLAS ha posto per la prima volta un limite di esclusione considerando tutti i principali modi di decadimento dei leptoni pesanti previsti dal Modello SeeSaw di Tipo-III, fornendo uno dei limiti pi\u00f9 alti presenti ad oggi.<\/p>\n\n\n\n

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Figura 1:<\/strong> Limite di esclusione al 95% CL osservato (linea nera intera) e atteso (linea nera tratteggiata) per il processo di produzione dei leptoni pesanti del modello SeeSaw di Tipo-III in stati finali con due, tre e quattro leptoni. Sono mostrare anche le corrispondenti incertezze con una (verde) e due (gialla) deviazioni standard. La predizione teorica della sezione d\u2019urto del segnale (linea rossa) \u00e8 mostrata con la sua incertezza. Il limite viene posto nel punto in cui la predizione teorica si interseca con quella sperimentale, sia osservata che attesa.
In questo grafico sono anche mostrati i limiti di esclusione osservati per il canale con solo due leptoni (blue) e per quello con tre e quattro leptoni (bordeaux).<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

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Se siete cuorisi di sapere nel dettaglio come \u00e8 stata svolta questa ricerca, date un’occhiata all’articolo pubblico che trovate qui: https:\/\/doi.org\/10.1140\/epjc\/s10052-022-10785-0<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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