Search for a Dark Sector with the ATLAS Detector
Description
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,...). (author)
Abstract (French)
Environ 85% du contenu en masse de l'univers est sous une forme encore inconnue, appelee matiere noire. La recherche de particules candidates a la matiere noire, qui pourraient etre produites dans les collisions proton-proton au LHC, est en cours avec l'experience ATLAS. Ces recherches se sont a present concentrees principalement sur les particules supersymetriques dont la cascade de desintegration contient des neutralinos et sur la production directe de matiere noire dans des modeles dits simplifies de type mono-X. Avec le Run-3 qui demarrera en 2021, il sera possible de repousser les limites dans ces types de recherche, mais le champ de decouverte au-dela des limites deja placees sera restreint. Il est donc important d'egalement couvrir des scenarios moins bien explores qui demandent une tres bonne maitrise des objets dans le detecteur, maitrise qui s'appuie sur des annees de bon fonctionnement. Un scenario envisage est l'existence d'un secteur 'cache' ou 'sombre' (contenant un candidat a la matiere noire) se manifestant dans le detecteur par des jets aux caracteristiques inhabituelles, tant au niveau des traces associees dans le detecteur interne qu'au developpement de la gerbe dans les calorimetres suite a la desintegration 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 detecteur ATLAS, dans le cadre de la recherche de candidats a la matiere noire. Le travail portera en premier lieu sur la recherche de telles particules avec l'ensemble des donnees du Run-2. Si aucun signe de nouvelle physique n'est trouve, le travail portera ensuite sur l'identification des zones de parametres moins bien couvertes afin de preparer les recherches pour le Run-3. Cela inclura necessairement du travail de performance (par ex. detection de vertex deplaces dans le detecteur interne associes a des depots d'energie potentiellement atypiques dans les calorimetres, possibilites de nouveaux triggers) incluant une utilisation des toutes premieres donnees du run-3. (auteur)
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Additional details
Additional titles
- Original title (French)
- Recherche d'un secteur sombre avec le detecteur ATLAS
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 214 p.
- Report number
- FRNC-TH--13868
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 54022753
- Subject category
- S72: PHYSICS OF ELEMENTARY PARTICLES AND FIELDS; S46: INSTRUMENTATION RELATED TO NUCLEAR SCIENCE AND TECHNOLOGY;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- ALGORITHMS; ATLAS DETECTOR; BACKGROUND NOISE; BEAM ACCEPTANCE; CALIBRATION; COMPUTERIZED SIMULATION; CORRECTIONS; CROSS SECTIONS; INTERPOLATION; JETS; LUMINOSITY; NEUTRALINOS; NONLUMINOUS MATTER; PARTICLE TRACKS; PROTON-PROTON INTERACTIONS; SHOWER COUNTERS; SPATIAL RESOLUTION; VERTEX FUNCTIONS
- Descriptors DEC
- BARYON-BARYON INTERACTIONS; ELEMENTARY PARTICLES; FUNCTIONS; HADRON-HADRON INTERACTIONS; INTERACTIONS; MATHEMATICAL LOGIC; MATHEMATICAL SOLUTIONS; MATTER; MEASURING INSTRUMENTS; NOISE; NUCLEON-NUCLEON INTERACTIONS; NUMERICAL SOLUTION; OPTICAL PROPERTIES; PARTICLE INTERACTIONS; PHYSICAL PROPERTIES; POSTULATED PARTICLES; PROTON-NUCLEON INTERACTIONS; RADIATION DETECTORS; RESOLUTION; SIMULATION; SPARTICLES
Optional Information
- Notes
- 100 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses