欧洲核子研究中心 信用:欧洲核子研究中心 粒子物理学的标准模型概括了我们目前关于基本粒子及其相互作用的知识
标准型号不全；例如，它没有描述重力等观测结果，没有对构成宇宙大部分物质的暗物质进行预测，也没有预测中微子有质量
为了修复标准模型的弱点，物理学家提出了扩展，并检查了LHC的碰撞，以查看那些“标准模型之外的物理”模型的预测是否会随着新粒子或已知粒子行为的变化而上升
超对称性，简称SUSY，是标准模型的延伸之一
超对称预测标准模型中的每一种已知粒子类型都有一个超对称的伙伴
这样，自然界中粒子类型的数量将有效地增加一倍，许多新的规则粒子和新的SUSY粒子之间的相互作用将成为可能
在对撞机实验中，比如宇宙微波系统，希望能产生一些SUSY粒子，然后在探测器中寻找它们衰变的迹象
超对称性最常见的特征之一是被测量为看似缺失的粒子，这种粒子在探测器中造成了一种实质性的能量不平衡，称为横向能量缺失
这是一个不容错过的最终状态签名！ 为了寻找这些高度缺失的横向能量特征，许多研究已经在CMS进行，但是没有发现超对称性的证据
但是，也许超对称性是存在的，它只是比最初想象的更“隐蔽”
超对称可以产生许多不同的信号，在超对称的一些改进版本中，一个关键特征是预测所有的SUSY粒子将衰变回标准模型粒子，例如夸克，每个夸克都将作为粒子喷雾出现在探测器中，这被称为射流
如果这个版本的超对称性是真实的，SUSY粒子在质子-质子碰撞中的产生将导致一个有许多喷流的最终状态，而不是一个有相当大能量损失的状态
在这种情况下，为什么这些以前的搜索没有找到任何东西是有意义的！ 图1
质子-质子碰撞的戏剧化，产生SUSY粒子，这些粒子衰变为探测器中观察到的物体(这是违反SUSY的所谓R宇称的标志)
信用:欧洲核子研究中心 这项研究的目标是通过专门寻找两个超对称顶夸克(称为顶方夸克)的产生，找出超对称是否一直隐藏在那里
这些顶夸克在探测器中衰变，产生两个顶夸克和许多其他喷流，如图1所示
这个信号不像包含大量缺失能量的信号那样明显，因为标准模型可以用许多不同的方式产生两个顶夸克和大量喷流
然而，这种顶部挤压信号往往比任何已知的背景过程平均产生更多的喷流
用大量喷流来模拟事件也是非常棘手的，即使是最好的模拟工具也不总是能做好
因此，依靠数据来预测具有一定数量喷流的事件的数量
如果没有利用机器学习和神经网络的力量，我们的策略是不可能实现的
一种很酷的机器学习技术被用来识别可能包含顶方衰变的碰撞，这种技术被称为梯度反转，其解释如下
想象你正在把巧克力分成两类:焦糖巧克力和普通巧克力
你知道焦糖巧克力比普通巧克力重，因为它们富含焦糖
我们还可以说，在所有的焦糖和普通巧克力中，巧克力只有两种形状:正方形或圆形
最后，你被告知方形巧克力平均比圆形巧克力重
对巧克力进行分类的一种方法是将所有方形巧克力分类为焦糖巧克力，将所有圆形巧克力分类为普通巧克力
毕竟，方形巧克力和焦糖巧克力通常都比较重
这种分类方法是不正确的，因为不是所有的方形巧克力都含有焦糖，所以最好不要考虑巧克力的形状
排序时忽略形状相当于在物理环境中梯度反转允许我们做的事情
不是焦糖和普通巧克力，而是信号和背景事件之间的排序，而不是形状，排序应该独立于射流的数量
这种策略正是直接从数据中模拟喷流数量分布所需要的
背景类别中的事件用于预测信号类别中一定数量的喷流应该有多少个事件
由于信号模型往往比标准模型背景产生更多的喷流，任何与预测的偏差都可能意味着确实有一些苏西隐藏在那里
图2
对于收集的数据(黑点)和来自已知标准模型背景(彩色块)的预测贡献，显示了具有一定数量喷流的事件数量的分布
不同颜色/风格的线条显示了具有特定顶部方形质量的不同SUSY模型的射流数量分布
图2显示了从收集的数据中获得的喷流数量分布与我们最终的背景预测的比较
在这种情况下，预测假设没有来自我们假设的信号模型的贡献
在这里，数据和我们对四类标准模型过程的预测之间的一致性是相当好的
当数据被分解成比图2所示更多的类别时，发现与我们的预测有一点偏差
然而，这种偏离并没有大到足以对这是否表明超对称性可能是正确的做出有力的断言
最有可能的是，数据中存在统计波动，或者可能存在未知的建模问题
在粒子物理学中，“黄金标准”是当一个结果具有5个标准差或更大的显著性时，宣布新物理的发现
这意味着只有三分之一
500万次机会，结果只是来自数据的随机波动
证据，或声称某件事有趣到足以考虑它可能是新的可能性，只在显著性为3个标准差的情况下完成，表示结果是波动的概率为1/740
与大多数其他科学学科相比，这个标准非常严格
LHC产生了大量的数据，因此确实有可能仅仅通过随机机会就获得了与标准模型预测的偏差
在粒子物理学中，如果不认真检查它的统计有效性，就肯定不能声称有任何偏差
本分析中观察到的最大偏差的显著性为2，未对“看别处”效应进行校正
8个标准差
这意味着，即使没有超对称性，人们也期望每368次就能看到这样的结果，远低于5个标准差的阈值
鉴于内容管理系统已经发表了1000多篇论文，其中许多在数十或数百个地方寻找，你可以看到一个结果中偶尔的波动一点也不奇怪
这些结果也可以解释为对允许的隐形超对称性方案的限制，这些方案仍然与数据一致
根据模型的细节，低于700千电子伏的顶部挤压质量可以排除在外
这是LHC的首次此类搜索，揭示了一个以前未被探索过的特征
所发现的微小差异是诱人的，并促使后续研究调查它的起源是否是一个简单的统计波动，是否是由于我们对标准模型的理解，这本身就很有趣，或者它是否可能是新物理的第一个迹象
此外，从2022年开始，LHC的下一个数据采集期将开始
这将有助于CMS对新物理的可能性做出更强有力的结论
如果隐形的超对称性真的存在，那么这些额外的数据将会带来一个更重要的结果，潜在地向发现的黄金标准推进
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