[論文レビュー] Explanation of the ATLAS Z-peaked excess in the NMSSM

Junjie Cao, Liangliang Shang+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 29, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 20被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、ニュートラリノ $ ilde{\chi}_1^0$ がシングレオン支配で、2番目に軽いニュートラリノ $ ilde{\chi}_2^0$ がビノ支配である条件下で、グルーギノ対生成と崩壊チェーン $\tilde{g} \to q\bar{q}\tilde{\chi}_2^0 \to q\bar{q}Z\tilde{\chi}_1^0$ を通じて、NMSSMにおけるATLASのZピーク過剰を実装する超対称的説明を提案する。モデルは、$m_{\tilde{g}} \simeq 650$ GeV、$m_{\tilde{\chi}_2^0} \simeq 565$ GeV、$m_{\tilde{\chi}_1^0} \simeq 465$ GeVという圧縮スペクトルを実現し、1σの過剰説明を達成する。このスペクトルは、95%信頼水準でのCMSのnull結果とも整合している。

ABSTRACT

Recently the ATLAS collaboration reported a $3σ$ excess in the leptonic-$Z+jets+E_{T}^{miss}$ channel. This may be interpreted in the Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model (NMSSM) by gluino pair production with the decay chain $ ilde{g} o q \bar{q} ildeχ_2^0 o q \bar{q} Z ildeχ_1^0$, where $ ildeχ_1^0$ and $ ildeχ_2^0$ denote the lightest and the next-to-lightest neutralinos with singlino and bino as their dominant components respectively. After exploring the relevant parameter space of the NMSSM by considering the constraints from the ATLAS searches for $jets + E_{T}^{miss}$ signals, we conclude that the NMSSM is able to explain the excess at $1 σ$ level with the number of the signal events reaching its measured central value in optimal cases, and the best explanation comes from a compressed spectrum such as $m_{ ilde{g}} \simeq 650 { m GeV}$, $m_{ ildeχ_2^0} \simeq 565 { m GeV}$ and $m_{ ildeχ_1^0} \simeq 465 { m GeV}$. We also check the consistency of the ATLAS results with the null result of the CMS on-$Z$ search. We find that under the CMS limits at $95\%$ C.L., the event number of the ATLAS on-$Z$ signal can still reach 11 in our scenario, which is about $1.2 σ$ away from the measured central value.

研究の動機と目的

• 次に最小の超対称的標準模型（NMSSM）を用いて、$Z+jets+E_T^{miss}$ チャネルにおけるATLASの3σのZピーク過剰を説明すること。
• 観測された信号率を再現する一方で、ATLASおよびCMSの$jets+E_T^{miss}$ 探査からの制約を満たすNMSSMの有効なパラメータ空間を探索すること。
• 同じチャネルにおいて、ATLASの観測過剰とCMSのnull結果の両者とモデルの整合性を検証すること。
• モデルがATLASが測定した$E_T^{miss}$ および $H_T$ 分布を再現できることを示すこと。

提案手法

• NMSSMフレームワーク内で、グルーギノ対生成と崩壊チェーン $\tilde{g} \to q\bar{q}\tilde{\chi}_2^0 \to q\bar{q}Z\tilde{\chi}_1^0$ をシミュレートする。
• CheckMATEを用いて、$jets+E_T^{miss}$ シグナルのATLASおよびCMSの探査をシミュレート・検証し、実験的カット効率とイベント数を一致させる。
• 詳細なモンテカルロシミュレーションを実施し、ATLASの信号領域効率とCMSの探査結果を10%の不確実性内に再現する。
• $jets+E_T^{miss}$ 制約を回避しつつ$Z$ボソンの生成率を高めるために、圧縮スペクトルを用いたパラメータ空間を探索する。
• シミュレートされた信号率とATLASの観測データ、CMSの上限値を比較し、整合性を評価する。
• 質量関係 $m_{\tilde{g}} \simeq m_{\tilde{\chi}_2^0} \simeq m_{\tilde{\chi}_1^0} + m_Z$ を用いて、信号の可視性を最適化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NMSSMは、$Z+jets+E_T^{miss}$ チャネルにおけるATLASの3σのZピーク過剰を説明できるか？
• RQ2 95%信頼水準でのCMSの$on$-$Z$ 探査のnull結果と、このシグナルは整合するか？
• RQ3 このモデルは、ATLASが観測した$E_T^{miss}$ および $H_T$ 分布を再現できるか？
• RQ4 $jets+E_T^{miss}$ 制約を回避しつつ過剰を説明できる最適な圧縮超対称スペクトルは何か？
• RQ5 シミュレートされた信号効率は、ATLASおよびCMSの実験結果とどの程度一致するか？

主な発見

• NMSSMは、最適なパラメータ領域において、1σレベルでATLASのZピーク過剰を説明でき、信号イベント数が測定された中央値に達する。
• 最良の説明は、$m_{\tilde{g}} \simeq 650$ GeV、$m_{\tilde{\chi}_2^0} \simeq 565$ GeV、$m_{\tilde{\chi}_1^0} \simeq 465$ GeVという圧縮スペクトルから生じる。
• CMSの95%信頼水準の上限下で、ATLASの$on$-$Z$ シグナルイベント数は11のままであり、観測中央値の29に対して1.2σ低い。
• モデルは、ATLASが測定した$E_T^{miss}$ および $H_T$ 分布を成功裏に再現し、従来のGGMベースの説明の主要な限界を克服した。
• CheckMATEにおけるシミュレーションは、ATLASの2～6 jets + $E_T^{miss}$ およびCMSのレプトン的$Z$ + jets + $E_T^{miss}$ 探査をそれぞれ20%および10%の不確実性内に正当化した。
• 圧縮スペクトルのおかげで、$jets+E_T^{miss}$ 制約に強く影響を受けず、グルーギノ質量が650 GeVまで低くてもモデルは有効である。