[論文レビュー] First interpretation of 13 TeV supersymmetry searches in the pMSSM

A. J. Barr, J. K. K. Liu|arXiv (Cornell University)|May 31, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 41被引用数 9

ひとこと要約

本研究は、R対称性保存とニュートラリノ・LSPを仮定した19パラメータの物性的MSSM（pMSSM）において、初期13 TeVのATLAS超対称性探索を解釈する。Run 1の制約を満たす181.8万のpMSSM点に対して高速検出器シミュレーションを適用した結果、Run 2のデータにより95%信頼水準で15.7%が除外され、残存する点のうち0.5%（1.0%）が1 TeV未満のグルーギノ（500 GeV未塔のスクアーア）を含んでおり、それらの軽い方の質量は757 GeV（293 GeV）で、LSPは689 GeV（217 GeV）であった。

ABSTRACT

The combined constraints from six early Run 2 ATLAS searches for supersymmetry are interpreted in the phenomenological minimal supersymmetric extension to the Standard Model (pMSSM). Each of the searches was based on proton-proton collision data recorded in 2015 at $\sqrt{s} =13$ TeV with 3.2 fb$^{-1}$ of integrated luminosity. Sensitivity to squarks of the first two generations and gluinos are evaluated using fast detector simulation. Results are presented in the 19-parameter R-parity conserving pMSSM with the lightest supersymmetric particle (LSP) being the neutralino. Considering 181.8k points that survived Run 1 constraints, 15.7% are excluded at 95% confidence level. Of those satisfying these Run 2 constraints, 0.5% (1.0%) have sub-TeV gluinos (sub-500 GeV squarks), the lightest of which has a mass of 757 GeV (293 GeV) with a 689 GeV (217 GeV) LSP.

研究の動機と目的

• R対称性保存とニュートラリノ・LSPを仮定した19パラメータのpMSSMに対する、初期Run 2のATLAS 13 TeV超対称性探索の影響を評価すること。
• 高速検出器シミュレーションを用いて、第一および第二世代のスクアーアおよびグルーギノに対する感度を評価すること。
• Run 1およびRun 2の制約を組み合わせた後も有効なpMSSM点のサブセットを特定すること。
• 13 TeVでのより高い中心系エネルギーや増加した統計量に起因する、有効パラメータ空間の縮小を定量化すること。
• グルーギノ・スクアーアとLSPのスパーティクル質量の相関関係と、さまざまなATLAS探索チャネルの補完的性質を調査すること。

提案手法

• R対称性が保存され、19自由パラメータを持つ181.8万のpMSSM点を、ATLAS Run 1解析から得られ、制約を満たした点を用いた。
• 3.2 fb⁻¹の13 TeV陽子-陽子衝突データを用い、第一および第二世代のスクアーアおよびグルーギノに対する感度を評価するために高速検出器シミュレーションを適用した。
• 全強色スパーティクル生成断面積が5 fb以上で、長寿命粒子（cτ > 1 mm）を含まないモデルに焦点を当て、特別なモンテカルロシミュレーションを要するものを除いた。
• 除外パターンを可視化し、感度の高い領域を特定するために、結果をグルーギノ–スクアーア質量平面に投影した。
• 主な制約として2–6ジェットおよびMulti-b探索を用い、Run 1の簡略化モデル限界と比較した。
• 6つの初期Run 2 ATLAS探索の組み合わせ感度に基づき、95%信頼水準での除外を計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Run 1の制約を満たすpMSSMパラメータ空間のうち、初期13 TeV ATLAS探索（3.2 fb⁻¹）で95%信頼水準でどの程度が除外されたか？
• RQ2 Run 2探索における低質量グルーギノおよびスクアーアへの感度はRun 1と比べてどの程度向上したか？また、LSPの種別によってその感度はどのように変化するか？
• RQ3 2–6ジェットおよびMulti-bといった補完的探索チャネルは、pMSSM全体の除外能力をどの程度高めたか？
• RQ4 Run 1およびRun 2の制約を組み合わせた後、グルーギノおよびスクアーアの軽い有効質量はそれぞれどの程度か？
• RQ5 グルーギノ、スクアーア、LSP間の質量相関関係は、pMSSMにおける除外パターンにどのように影響を与えるか？

主な発見

• Run 1の制約を満たす181.8万のpMSSM点のうち、15.7%が初期Run 2のATLAS探索（13 TeV）により95%信頼水準で除外された。
• 2–6ジェット探索が最も制約が強く、残存点の12.6%を除外した。続くMulti-b探索は4.2%を除外した。
• 残存点の0.5%が1 TeV未塔のグルーギノを含んでおり、その最も軽いグルーギノは757 GeV、LSPは689 GeVであった。
• 残存点の1.0%が少なくとも1つの500 GeV未塔のスクアーアを含んでおり、最も軽いスクアーアは293 GeV、LSPは217 GeVであった。
• 除外パターンには明確な補完的性質が見られ、特に1.4 TeVグルーギノ–1.8 TeVスクアーア領域では、高質量グルーギノモデルが低質量スクアーアの影響で、逆に低質量グルーギノモデルが高質量スクアーアの影響で除外された。
• グルーギノへの感度は8 TeVから13 TeVに上昇した際、スクアーアよりも顕著に向上した。これはパートン分布関数のスケーリングが有利に作用したためである。