Er mørk materie en supersymmetrisk partikkel?

Ved forskningslaboratoriet CERN i Sveits akselereres protoner tett opp mot lysets hastighet, 100 meter under bakken i den gigantiske partikkelakseleratoren Large Hadron Collider (LHC). Protoner blir akselerert i hver sin retning for så å kollidere. Ved å studere slike partikkelkollisjoner kan vi få et innblikk i forholdene kort tid etter universets begynnelse. Energitettheten i partikkelkollisjonen tilsvarer nemlig tilstanden til universet 0,000000000001 sekund etter The Big Bang.

85 prosent av massen i universet består av en for oss ukjent type materie som har fått navnet mørk materie. Hvis denne typen materie består av partikler, er det i prinsippet mulig å produsere

slike mørk materie-partikler i laboratoriet. En modell som kan forklare hva mørk materie består av er supersymmetri (SUSY). SUSY er en symmetri mellom kraftformidlere (bosoner) og materiepartikler (fermioner), og modellen forutsier at alle de kjente elementærpartiklene har en supersymmetrisk partner. Den letteste SUSY-partikkelen (LSP) er en mulig kandidat for mørk materie. Partikkelen må være elektrisk nøytral og vil ikke kunne spores i en detektor. Derimot vil den kunne bli detektert indirekte ved at bevegelsesmengde forsvinner fra detektoren, såkalt "manglende energi". Avhandlingen omhandler søk etter SUSY i data fra ATLAS-detektoren, en av de store partikkeldetektorene lokalisert rundt kollisjonspunktet til protonene i LHC. Signaturen i studien er karakterisert av en stor mengde manglende energi fra udetekterbare LSP, høy-energetiske partikkelskurer fra SUSY-partnerne til kvarker og gluoner og ett eller flere tau-leptoner. SUSY-prosesser vil forekomme med mye lavere hyppighet enn kjente standardmodell-prosesser. Store datamengder må derfor analyseres og sofistikerte utvelgelsesmetoder og algoritmer må utvikles.

Per dags dato er SUSY fortsatt en hypotetisk modell og resultatene presentert i avhandlingen er konsistent med standardmodellen. Resultatet blir brukt til å avgrense parameterområdet til supersymmetriske modeller.

Personalia:

Therese Berge Sjursen er født i 1980 og vokste opp i Bergen. Hun fullførte mastergraden i fysikk ved Universitet i Bergen våren 2008. Siden juli 2008 har hun vært ansatt som ph.d.-stipendiat ved Institutt for fysikk og teknologi, Universitetet i Bergen, og hun har også vært tilknyttet CERN i hele denne perioden. Veiledere for avhandlingen har vært professor Anna Lipniacka og professor Per Osland.