[論文レビュー] Has SUSY Gone Undetected in 9-jet Events? A Ten-Fold Enhancement in the LHC Signal Efficiency

Tianjun Li, James A. Maxin+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 25, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 61被引用数 20

ひとこと要約

本稿では、No-Scale $Φ$-$SU(5)$ モデルにおける超対称性（SUSY）がLHCで検出されなかったのは、最適でない探索戦略によるものであり、特に9ジェット以上という超高ジェット多重度に焦点を当てた選択カットを採用することで、信号の可視性が10倍向上することを示している。本研究では、このモデルクラスに対する初の除外境界を確立し、LSP質量 ≥92 GeV およびグルーコン質量 ≥658 GeV の有効なパラメータ空間を示している。また、観測されたCMSの過剰反応をも説明している。

ABSTRACT

On the heels of the first analysis of LHC data eclipsing the inverse femtobarn integrated luminosity milestone, we undertake a detailed comparison of the most recent experimental results with Monte Carlo simulation of the full "bare-minimally constrained" parameter space of the class of supersymmetric models which go by the name of No-Scale FSU5. We establish the first sparticle exclusion boundaries on these models, finding that the LSP mass should be at least about 92 GeV, with a corresponding boundary gaugino mass M_1/2 above about 485 GeV. In contrast to the higher mass constraints established for the CMSSM, we find the minimum exclusion boundary on the FSU5 gluino and heavy squark masses resides in the range of 658-674 GeV and 854-1088 GeV, respectively, with a minimum light stop squark mass of about 520 GeV. Moreover, we show that elements of the surviving parameter space not only escape the onslaught of LHC data which is currently decimating the standard mSUGRA/CMSSM benchmarks, but are further able to efficiently explain certain tantalizing production excesses over the SM background which have been reported by the CMS collaboration. We also extend this study comparatively to five distinct collider energies and four specific cut methodologies, including a proposed set of selection cuts designed to reveal the natural ultra-high jet multiplicity signal associated with the stable mass hierarchy m_t < m_g < m_q of the FSU5 models. By so doing, we demonstrate that a rather stable enhancement in model visibility, conservatively of order ten, may be attained by adoption of these cuts, which is sufficient for an immediate and definitive testing of a majority of the model space using only the existing LHC data set. We stress the point that habits established in lower jet multiplicity searches do not necessarily carry over into the ultra-high jet multiplicity search regime.

研究の動機と目的

• LHCの最初の1.1 fb⁻¹のデータを踏まえて、No-Scale $Φ$-$SU(5)$ 超対称モデルの妥当性を再評価すること。
• 自然性と低い微調整を備えたこのモデルが、標準的なmSUGRA/CMSSMベースの探索戦略では検出されない理由を解明すること。
• このモデルクラスの超高ジェット多重度状態（例：9ジェット状態）において信号可視性を最大限に高める新しい選択カットの特定と検証を行うこと。
• これらの最適化されたカットを用いることで、既存のLHCデータが、No-Scale $Φ$-$SU(5)$ パラメータ空間の大部分を明確にテスト可能であることを示すこと。

提案手法

• LHC実験データ（1.1 fb⁻¹）と、No-Scale $Φ$-$SU(5)$ モデルの完全な裸の最小制約パラメータ空間のモンテカルロシミュレーションを詳細に比較した。
• 一貫性と直接的な比較可能性を確保するため、2011年のCMS分析で用いられた同じデータ選択手法を採用した。
• 安定した質量階層 $m_{\tilde{t}} < m_{\tilde{g}} < m_{\tilde{q}}$ を考慮し、高多重度（例：9ジェット）の最終状態を優遇するように最適化された新しい運動量的選択カットを設計・検証した。
• 4種類の加速器エネルギーと4種類のカット戦略（提案された高多重度カットを含む）を用いて、信号強度の向上要因を評価した。
• 標準模型背景を上回るCMSの観測された生成過剰反応をベンチマークとして、モデルの適合性を検証した。
• 現実性を確保するため、限られたバックグラウンドシミュレーションに加え、実際のLHC観測結果を用いて分析をキャリブレーションした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 No-Scale $Φ$-$SU(5)$ モデルが自然なSUSYフレームワークであるにもかかわらず、現在のLHC除外限界を回避できるか？
• RQ2 最適化された選択カットを用いることで、高ジェット多重度最終状態における信号可視性はどの程度向上できるか？
• RQ3 CMSが報告した9ジェット状態における過剰反応は、No-Scale $Φ$-$SU(5)$ モデルの有効なパラメータ空間と相関しているか？
• RQ4 No-Scale $Φ$-$SU(5)$ モデルの除外境界は、CMSSMおよびmSUGRAと比較してどう異なるか？
• RQ5 標準的なmSUGRA/CMSSMベースの探索戦略は、特定の有効なSUSYモデルを検出する上で根本的に不十分であるか？

主な発見

• No-Scale $Φ$-$SU(5)$ モデルに対する初の除外境界が確立され、LSP質量は少なくとも92 GeVに制限されている。また、ゲージノ質量 $M_{1/2}$ は485 GeV以上である。
• 有効なパラメータ空間におけるグルーコン質量の最小値は658〜674 GeVであり、重いクォークスーパーパarticle質量の最小値は854〜1088 GeVである。
• 生存パラメータ空間における軽いストップスーパーパarticle質量の最小境界は約520 GeVである。
• 提案された高多重度ジェットカットを採用することで、信号可視性が10倍向上し、これは異なるLHCエネルギーおよびモデル点においても安定している。
• No-Scale $Φ$-$SU(5)$ モデルの有効なパラメータ空間は、現在のLHC除外限界を回避するだけでなく、SM背景を上回るCMSが報告した生成過剰反応を効率的に説明できる。
• 本研究では、低ジェット多重度に基づく標準的な探索戦略が、このモデルを検出するのに不十分であることが示され、このような探索における慣習は超高ジェット多重度領域には適用できないことが明らかになった。