Enthüllung dunkler Materie mit verschobenen Scheitelpunkten

Der Fortschritt der Menschheit hängt von ihrem Verständnis der Natur ab. Die im 20. Jahrhundert gewonnenen Erkenntnisse über Elementarteilchen und fundamentale Kräfte haben unsere heutige Gesellschaft geprägt. Mit der Entdeckung des Higgs- Bosons vor 10 Jahren am LHC-Collider des CERN wurde unsere aktuelle Theorie, das Standardmodell, experimentell bestätigt. Dennoch bleiben viele Fragen unbeantwortet, was darauf hindeutet, dass das Standardmodell erweitert werden muss. Astrophysikalische Beobachtungen deuten darauf hin, dass etwa 85 % der Materie im Universum, die dunkle Materie, aus unbekannten Teilchen besteht. Diese Teilchen lassen sich nur sehr schwer nachweisen. Es wurden verschiedene Techniken zu ihrem direkten Nachweis entwickelt, und es wurden viele Versuche unternommen, die dunkle Materie bei Kollisionen am LHC aufzuspüren, bisher jedoch ohne Erfolg. Dies könnte auf eine gewisse Komplexität des Inhalts der dunklen Materie hinweisen. In unserem Projekt konzentrieren wir uns auf Modelle, die mindestens zwei neue massive Teilchen mit einem geringen Massenunterschied vorhersagen. In dieser Konfiguration würde sich die dunkle Materie unseren bisherigen Versuchen sie zu finden, entziehen. Dennoch führen solche Szenarien über den Mechanismus der Co-Annihilation zu der beobachteten Reliktdichte dunklen Materie. Die Standardtechnik für die Suche nach dunkler Materie am LHC basiert auf der Erhaltung der Energie, wobei sich die Teilchen der dunklen Materie durch fehlende Energie manifestieren. In den Modellen, auf die unser Projekt abzielt, würde der etwas schwerere Co-Annihilationspartner, der bei der Kollision entsteht, in das Teilchen der dunklen Materie und einige bekannte und nachweisbare Teilchen zerfallen. Aufgrund des geringen Massenunterschieds zwischen den beiden neuen Teilchen werden die sichtbaren Teilchen jedoch mit sehr wenig Energie erzeugt und wurden in früheren Untersuchungen typischerweise ignoriert. Wir werden Daten analysieren, die das CMS- Experiment von 2016 bis 2025 gesammelt hat und noch sammeln wird, und dabei die Tatsache nutzen, dass das schwerere Teilchen oft als langlebig vorhergesagt wird. Daher werden wir versuchen, seine Zerfälle abseits des ursprünglichen Kollisionspunktes zu rekonstruieren. Ein solches Ziel ist sehr anspruchsvoll, da die sichtbaren Teilchen, die den verschobenen Scheitelpunkt bilden, eine sehr niedrige Energie haben und sie in einem überwältigenden Hintergrund von gleichzeitigen Kollisionen gefunden werden müssen. Um diese Aufgabe zu bewältigen, planen wir den Einsatz fortschrittlicher Methoden des maschinellen Lernens.