[論文レビュー] ATLAS Run 2 searches for electroweak production of supersymmetric particles interpreted within the pMSSM

G. Aad, B. Abbott+2987 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2024

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、ATLAS Run 2データ（√s = 13 TeVで140 fb⁻¹）からの電弱的対称性の自発的破れによる超対称的フェルミオンの生成に関する制約を提示する。この研究では19パラメータの素性MSSM（pMSSM）の枠組みで解釈されている。本研究では、軽い中性ノーマルインが暗黒物質の残存密度を満たす可能性があるとされるヒッグスおよびZボソンの「フィンガー領域」が、ほぼ完全に除外されたことが示され、超対称性のパラメータ空間が著しく狭められた。

ABSTRACT

A summary of the constraints from searches performed by the ATLAS collaboration for the electroweak production of charginos and neutralinos is presented. Results from eight separate ATLAS searches are considered, each using 140 fb$^{−1}$ of proton-proton data at a centre-of-mass energy of $ \sqrt{s} $ = 13 TeV collected at the Large Hadron Collider during its second data-taking run. The results are interpreted in the context of the 19-parameter phenomenological minimal supersymmetric standard model, where R-parity conservation is assumed and the lightest supersymmetric particle is assumed to be the lightest neutralino. Constraints from previous electroweak, flavour and dark matter related measurements are also considered. The results are presented in terms of constraints on supersymmetric particle masses and are compared with limits from simplified models. Also shown is the impact of ATLAS searches on parameters such as the dark matter relic density and the spin-dependent and spin-independent scattering cross-sections targeted by direct dark matter detection experiments. The Higgs boson and Z boson ‘funnel regions’, where a low-mass neutralino would not oversaturate the dark matter relic abundance, are almost completely excluded by the considered constraints. Example spectra for non-excluded supersymmetric models with light charginos and neutralinos are also presented.[graphic not available: see fulltext]

研究の動機と目的

• ATLAS Run 2における超対称粒子の電弱的生成に関する探索結果を、19パラメータの素性MSSM（pMSSM）の枠組みで解釈すること。
• これらの探索が、暗黒物質の残存密度、スピン非依存およびスピン依存散乱断面積に与える影響を評価すること。
• LHC、フレーバー、および暗黒物質実験からの制約を受けても依然として成立する可能性のある、軽いチョーラジンおよびニュートラリノを持つモデルを特定し、提示すること。

提案手法

• √s = 13 TeVのpp衝突データ140 fb⁻¹を用いて、8つの別個のATLASの電弱的生成探索（チョーラジンおよびニュートラリノ）を分析すること。
• R対称性の保存を仮定し、弱い相互作用を介して相互作用する最軽いニュートラリノを暗黒物質候補とするpMSSMにおける結果の解釈。
• 過去の電弱的、フレーバー、および暗黒物質実験からの制約を組み込み、パラメータ空間の制限を精緻化すること。
• ATLASの制約と簡略化モデルの制約を比較し、異なる質量領域における感度を評価すること。
• 生存するモデルについて、残存密度および直接検出断面積（スピン非依存およびスピン依存）を評価すること。
• 将来の探索を支援するために、軽いチョーラジンおよびニュートラリノを持つ非除外モデルの例としてのスペクトルを生成すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ATLAS Run 2における電弱的SUSY生成の制約を受けた後、pMSSMのどのパラメータ空間領域が依然として成立するか？
• RQ2 軽いニュートラリノが観測された暗黒物質の残存密度を自然に満たす可能性があるヒッグスおよびZボソンの「フィンガー領域」は、どの程度ATLASの探索によって除外されたか？
• RQ3 チョーラジンおよびニュートラリノ質量に対する感度の観点から、ATLASの制約は簡略化モデルの制約と比べてどの程度優れているか？
• RQ4 LHC、フレーバー、および暗黒物質実験からの統合的制約は、直接暗黒物質検出実験にどのような影響を及ぼすか、特にスピン非依存およびスピン依存散乱断面積の観点から。
• RQ5 どのモデルが軽いチョーラジンおよびニュートラリノを有し、非除外であり、将来のLHC探索を導く手がかりとなるか？

主な発見

• ヒッグスおよびZボソンの「フィンガー領域」—軽いニュートラリノが自然に観測された暗黒物質の残存密度を満たす可能性がある領域—は、ATLAS Run 2と他の測定結果の統合的制約により、ほぼ完全に除外された。
• ATLAS Run 2の探索による制約は、特に質量差が小さい（Δm(˜χ⁰₁, ˜χ⁰₂) や Δm(˜χ⁰₁, ˜χ±₁)）領域において、電弱ノーマルインの成立可能なパラメータ空間を顕著に縮小させた。
• 500 GeV未満の軽いチョーラジンおよびニュートラリノを持つモデルは、pMSSMパラメータ空間の特定の領域でのみ成立可能であり、提示された例としてのスペクトルで示された。
• ATLAS探索によるスピン非依存およびスピン依存の暗黒物質散乱断面積の制限は、直接検出実験と同等の性能を示しており、特に質量差が小さい領域で顕著である。
• LHC、フレーバー、および暗黒物質実験からの統合的制約は、低質量の電弱ノーマルインに対して、pMSSMパラメータ空間の大部分を除外した。
• 本研究は、非除外のスペクトルを特定することで、将来のLHC探索に向けた更新された、モデル特異的な指針を提供した。