Основной путь к открытию суперсимметричных частиц (спартнёров) заключается в высокоэнергетических столкновениях элементарных частиц, проводимых на ускорителях. Наиболее мощным инструментом современности является Большой адронный коллайдер (БАК) в ЦЕРНе, где протон-протонные столкновения при энергиях до 13–14 ТэВ позволяют производить массивные суперсимметричные состояния.
Согласно сценариям минимальной суперсимметричной модели (MSSM), в таких столкновениях могут образовываться пары глюино (g̃) и скварков (q̃), которые затем распадаются в каскадных процессах на стандартные частицы и самую лёгкую суперсимметричную частицу (LSP). При наличии сохранения R-чётности, LSP стабильна и не взаимодействует с детекторами, что приводит к сигналу с большой недостающей поперечной энергией (MET, от англ. Missing Transverse Energy).
Типичные поисковые сигнатуры включают:
Различные подканалы анализируются в зависимости от предполагаемой цепочки распадов: например, каналы с двумя фотонами, канал с одним мюоном и MET, а также чисто джетовые события.
На момент 2025 года эксперименты ATLAS и CMS установили нижние границы на массы некоторых суперпартнёров:
Эти оценки зависят от предполагаемой схемы SUSY-спектра и допущений о сохранении R-чётности. В моделях с нарушением R-чётности (RPV) сигнатуры сильно отличаются и менее чувствительны к MET.
Производство слабовзаимодействующих суперпартнёров (нейтралино и харджино: χ̃0, χ̃±) имеет значительно меньшие сечения, чем производство глюино и скварков. Поиск этих частиц основывается на финальных состояниях с несколькими лептонами и MET, особенно:
Их экспериментальное открытие особенно важно для изучения темной материи, так как именно LSP в этих каналах является кандидатом на частицу темной материи.
Суперсимметрия влияет не только на прямые процессы, но и на петлевые поправки к различным наблюдаемым величинам. Ключевые направления:
Если LSP — стабильная и слабо взаимодействующая частица, как предполагается в модели с сохранением R-чётности, она может составлять холодную тёмную материю. Это открывает путь к следующим стратегиям обнаружения:
Осуществляется в глубоко подземных лабораториях (например, XENONnT, LUX-ZEPLIN), где LSP может рассеиваться на ядрах детектора, вызывая слабые сигналы ядерного отдачи. Ключевые параметры:
Пока прямое обнаружение не дало сигнала, но существенная часть параметрического пространства уже исключена.
Направлено на поиск продуктов аннигиляции или распада тёмной материи в космосе:
Если R-чётность нарушается, LSP становится нестабильной и может распадаться в пределах детектора. Это приводит к финальным состояниям:
Например, в моделях с лептонным RPV возможен распад LSP в пару лептонов и нейтрино, что имитирует сигналы от новых бозонов.
Поиск таких нестандартных сигнатур требует специализированных триггеров и методов анализа, включая реконструкцию смещённых вершин (displaced vertices) и треков с большой длиной жизни.
В рамках программы High-Luminosity LHC (HL-LHC), запланированной на 2030-е годы, ожидается увеличение интегральной светимости до 3000 fb⁻¹, что существенно расширит возможности для поиска SUSY при массах до 3–4 ТэВ.
Кроме того, на повестке стоят следующие проекты:
Синергия между космологией, астрофизикой и высокоэнергетическими экспериментами остаётся ключевой стратегией в раскрытии природы суперсимметрии. В случае обнаружения суперпартнёров, это будет означать не только подтверждение новой фундаментальной симметрии, но и откроет путь к пониманию темной материи, механизмов стабилизации Хиггсовского сектора и, возможно, к объединению взаимодействий.