Search for a Dark Sector with the ATLAS Detector
Recherche d'un secteur sombre avec le détecteur ATLAS
Résumé
Approximately 85% of the mass contents of the universe is in the form of dark matter, which could be composed of new particles. The search for such particles, which could eventually be produced in the proton-proton collisions at the LHC, is underway with the ATLAS detector. These searches have so far mostly focused on supersymmetric particles, whose decay chains contain dark matter candidates (for ex. the neutralinos), and on the direct production of dark matter particles in so-called 'simplified' models by looking for mono-X final states. With the start of Run-3 in 2021, it will be possible to strengthen the limits provided by these types of searches, but the discovery space beyond the already existing limits will be reduced. It is therefore important to cover less explored scenarios which require a very good understanding of the objects in the detector, understanding which can now benefit from many years of data taking. One of these scenarios is the existence of a 'hidden' or 'dark' sector (including a dark matter candidate) which can be evinced by the presence of jets with unusual characteristics of their associated inner detector tracks and/or of their calorimeter energy deposition pattern, as these jets come from the decay of dark-sector particles which can have long lifetimes. The work will focus on the search for particles from the dark sector with the ATLAS detector, in the context of dark matter searches. The work will first focus on the searches with the full Run-2 dataset. If these do not reveal any sign of new physics, the work will then focus on identifying possible weaknesses in the parameter space coverage in order to prepare the Run-3 searches. This will necessarily include work on performances (for ex. displaced vertices associated to atypical calorimeter energy deposition, possibility of new triggers,...).
Environ 85% du contenu en masse de l'univers est sous une forme encore inconnue, appelée matière noire. La recherche de particules candidates à la matière noire, qui pourraient être produites dans les collisions proton-proton au LHC, est en cours avec l'expérience ATLAS. Ces recherches se sont à présent concentrées principalement sur les particules supersymétriques dont la cascade de désintégration contient des neutralinos et sur la production directe de matière noire dans des modèles dits simplifiés de type mono-X. Avec le Run-3 qui démarrera en 2021, il sera possible de repousser les limites dans ces types de recherche, mais le champ de découverte au-delà des limites déjà placées sera restreint. Il est donc important d'également couvrir des scénarios moins bien explorés qui demandent une très bonne maîtrise des objets dans le détecteur, maîtrise qui s'appuie sur des années de bon fonctionnement. Un scénario envisagé est l'existence d'un secteur 'caché' ou 'sombre' (contenant un candidat à la matière noire) se manifestant dans le détecteur par des jets aux caractéristiques inhabituelles, tant au niveau des traces associées dans le détecteur interne qu'au développement de la gerbe dans les calorimètres suite à la désintégration des particules du secteur sombre qui peuvent avoir de longs temps de vie. Le travail portera sur la recherche de signatures provenant du secteur sombre avec le détecteur ATLAS, dans le cadre de la recherche de candidats à la matière noire. Le travail portera en premier lieu sur la recherche de telles particules avec l'ensemble des données du Run-2. Si aucun signe de nouvelle physique n'est trouvé, le travail portera ensuite sur l'identification des zones de paramètres moins bien couvertes afin de préparer les recherches pour le Run-3. Cela inclura nécessairement du travail de performance (par ex. détection de vertex déplacés dans le détecteur interne associés à des dépôts d'énergie potentiellement atypiques dans les calorimètres, possibilités de nouveaux triggers) incluant une utilisation des toutes premières données du run-3.
Domaines
Physique [physics]| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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