[論文レビュー] A Closer Look at the 2011 cMSSM Results from CMS

S. Mrenna|arXiv (Cornell University)|Oct 18, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、制限された最小超対称標準模型（cMSSM）における2011年CMS超対称性探索結果を分析し、現在の除外限界を決定づける主な過程として、クォーク超粒子-クォーク超粒子およびクォーク超粒子-グルーギノ対生成を特定している。また、$m_0$-$m_{1/2}$平面における除外領域の形状が、クォーク超粒子とグルーギノの質量の相互作用に起因することを明らかにした。$M_{\tilde{q}} < 1$ TeVはグルーギノ質量にかかわらず除外され、$M_{\tilde{g}} < 1$ TeVは$M_{\tilde{q}} < 1.1$ TeVの場合にのみ除外される。さらに、これらの主要なシグナルをよりよく捉えるために、新たな簡略化モデルを提案している。

ABSTRACT

We present a phenomenological appraisal of the results of several searches for Supersymmetry (SUSY) performed at the LHC by the CMS collaboration and interpreted in the context of the cMSSM. Part of the analysis focuses on which SUSY production processes are being probed. We observe that much of the current exclusion region is dominated by squark-squark and squark-gluino production, and explain the shape of the exclusion curves. Based on this analysis and an estimation of future reach, additional simplified models are suggested. Other phenomenological details are discussed, such as the effect of radiation on acceptance.

研究の動機と目的

• 2011年CMSデータからのcMSSMパラメータ空間における超対称性生成過程のうち、除外限界を支配するものを探る。
• 特にクォーク超粒子質量支配からグルーギノ質量支配への移行を示す、$m_0$-$m_{1/2}$平面における除外曲線の形状を説明する。
• 初期状態放射とレプトン遮断がハドロン的SUSY探索におけるイベント選択効率に与える影響を評価する。
• cMSSM解釈で観測された主要な生成モードをよりよく反映する新たな簡略化モデルを提案する。
• 異なるスパーティクル崩壊モードとスペクトルに対する、レプトン的およびハドロン的探索の感度を評価する。

提案手法

• 研究は、cMSSMパラメータ空間を簡略化モデルスペクトル（SMS）にマッピングし、支配的生成過程を分離する。
• パラメータ$\tan\beta=10$, $A_0=0$, $\text{sgn}(\mu)>0$の下で、$m_0$-$m_{1/2}$平面全域にわたるさまざまなSUSY対生成過程（例：$\tilde{q}\tilde{q}$, $\tilde{q}\tilde{g}$, $\tilde{g}\tilde{g}$）の寄与割合を計算した。
• Pythia6を用いたモンテカルロシミュレーションにより、スパーティクル生成、崩壊、パートンシャワーモデル化を実施し、FastJetを用いてジェット再構成を行った。
• CMSに類似したカット（例：ジェット＋mHT、$\alpha_T$、レプトン遮断）を適用し、モンテカルロの真値情報に基づいてイベント選択効率を評価した。
• 初期状態放射（ISR）の役割は、信号領域におけるISR効果を有無で比較することで定量化した。
• 物理的質量（$M_{\tilde{q}}$, $M_{\tilde{g}}$）の等高線図を除外図に重ね合わせ、除外限界と物理的質量の相関を明らかにした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2011年CMSデータにおけるcMSSMにおいて、クォーク超粒子-クォーク超粒子、クォーク超粒子-グルーギノ、グルーギノ対生成など、どのSUSY生成過程が除外限界を支配しているか？
• RQ2 なぜ$m_0$-$m_{1/2}$平面における除外曲線は、低$m_0$では半円形に、高$m_0$では平坦な形状を示すのか？
• RQ3 初期状態放射は、Jets+mHTおよび$\alpha_T$解析におけるSUSYシグナルの受容率にどのように影響するか？
• RQ4 現在のCMSレプトン的探索は、ハドロン的探索とどの程度同じパラメータ空間領域をカバーしているか？
• RQ5 今後の探索で優先すべき、cMSSMにおける支配的生成モードをよりよく反映する簡略化モデルのトポロジーは何か？

主な発見

• クォーク超粒子-クォーク超粒子およびクォーク超粒子-グルーギノ対生成が、特に$\tan\beta=10$, $A_0=0$, $\text{sgn}(\mu)>0$の下でcMSSMにおける現在の除外限界に主に寄与している。
• 除外曲線は、$m_0 < 1$ TeVでは固定されたクォーク超粒子質量（$M_{\tilde{q}}$）に従い、$m_0$が高くなると固定されたグルーギノ質量（$M_{\tilde{g}}$）に従う。このため、観測された除外領域の形状が説明できる。
• クォーク超粒子質量が1 TeV未満である場合、グルーギノ質量にかかわらず除外されるが、グルーギノ質量が1 TeV未満であるのは、クォーク超粒子質量が1.1 TeV未満の場合に限る。
• Jets+mHTおよび$\alpha_T$解析は、$\tilde{q}\tilde{q}$および$\tilde{q}\tilde{g}$生成に対して最も感度が高く、両者の選択領域に20～50％の重複がある。
• レプトン遮断は、特にレプトン的最終状態に影響を与え、一部の領域ではイベント受容率を最大50％まで低下させる。
• 信号受容率において初期状態放射は、グルーギノ質量が300–400 GeV未満を除き、最終状態放射よりも重要である。