通过阿特拉斯实验 图1:搜索区域内两条主要喷流(x轴)的质量，所有背景过程叠加并与数据进行比较
一个假想的希格斯玻色子信号衰减到不可见的最终状态，以红色显示
信用:阿特拉斯合作/欧洲核子研究中心 可见物质——从花粉到恒星和星系——约占宇宙总质量的15%
剩下的85%是由与我们能触摸和看到的东西完全不同的东西构成的:暗物质
尽管引力效应的观测提供了压倒性的证据，暗物质的性质及其组成仍然未知
如果暗物质实际上是不可见的，物理学家如何研究超越引力效应的暗物质？研究人员正在寻求三种方法: 用天文观测台寻找银河系中心暗物质湮灭的衰变产物的间接探测用高灵敏度低背景实验的直接探测在欧洲粒子物理研究所的大型强子对撞机(LHC)的受控实验室环境中寻找从原子核中散射出来的暗物质创造暗物质
尽管成功地描述了基本粒子及其在低能时的相互作用，粒子物理学的标准模型并不包括一个可行的暗物质粒子
唯一可能的候选者，中微子，没有合适的属性来解释观测到的暗物质
为了解决这个问题，标准模型的一个简单的理论扩展假设现有粒子，如希格斯玻色子，作为已知粒子和暗物质粒子之间的“门户”
由于希格斯玻色子与质量成正比，大质量的暗物质粒子应该与它相互作用
希格斯玻色子与标准模型粒子相互作用的强度仍然有很大的不确定性；根据最新的ATLAS希格斯玻色子组合测量，高达30%的希格斯玻色子衰变可能是不可见的
一些希格斯玻色子会衰变为暗物质吗？由于暗物质不直接与ATLAS探测器相互作用，物理学家寻找“不可见粒子”的迹象，这是通过质子-质子碰撞产物的动量守恒推断出来的
根据标准模型，希格斯玻色子衰变到不可见最终状态的分数(四个中微子！)只占0
1%,因此可以忽略不计
如果这样的事件被观测到，这将是新物理学的直接指示和希格斯玻色子衰变为暗物质粒子的潜在证据
图2:与直接探测实验相比，在本分析中得出的90%置信水平下，弱能粒子-核子截面的上限
信用:阿特拉斯合作/欧洲核子研究中心 在LHC，寻找希格斯玻色子直接衰变为不可见粒子的最敏感的途径是通过所谓的矢量玻色子聚变(VBF)产生希格斯玻色子
VBF希格斯玻色子的产生导致了在阿特拉斯探测器中指向更前方的两个粒子喷雾(称为“射流”)
这一点，再加上不可见暗物质粒子在垂直于光束轴的方向(“横向”)上丢失了大量动量，创造了一个ATLAS物理学家可以寻找的独特信号
阿特拉斯合作研究了探测器在2015-2018年收集的完整LHC运行2数据集，以搜索VBF事件中希格斯玻色子衰变为暗物质粒子的情况
在分析中没有发现超出已知标准模型过程预期背景的重大事件
阿特拉斯在95%的置信水平下推导出希格斯玻色子衰变到13%不可见粒子的排斥边界
该分析包含的数据比之前的ATLAS搜索多约75%，团队实施了几项改进，包括: 更快的过滤算法，以同等计算能力生成更多模拟碰撞
缺少模拟事件是该分析的第一个13 TeV版本的主要不确定性
优化碰撞选择，在同一数据集上接受约50%以上的希格斯玻色子事件
细化事件分类，在搜索区域产生更高的信号背景比
这可以在图1中看到，随着两个前喷流(mjj)不变质量的增加，下面板的红色曲线也在增加
改进了对富含背景过程的碰撞的接受，允许分析人员改进背景过程建模
这种观察到的排斥现象与希格斯玻色子没有衰变为暗物质的迹象是一致的
新的结果推进了对弱相互作用大质量粒子的搜索，这是暗物质的一个热门候选
阿特拉斯为较低的弱波质量设置了额外的排除极限，与图2中的其他直接探测实验进行了比较
假设希格斯玻色子与暗物质直接相互作用，这些极限与质量高达希格斯玻色子一半的弱粒子的最佳直接探测实验是有竞争力的
这项新的分析对希格斯玻色子衰变为不可见粒子提出了迄今为止最强的现有限制
随着研究的进行，物理学家将继续提高对这种暗物质基本探测的灵敏度
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