[論文レビュー] LHC results and prospects: Beyond Standard Model

D. Teyssier|arXiv (Cornell University)|Apr 29, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、LHCのATLASおよびCMS共同調査が7および8 TeVのデータを用いて、標準模型を超える物理学（BSM）の最新の結果と今後の展望を要約している。スピン統合粒子、重いゲージボソン、追加次元、複合性、ダークマターに対する除外限界を提示しており、グルーギノ質量は1.3 TeVまで探査されており、Z′ボソンは2.9 TeV以上である。今後、HL-LHCのデータ（3000 fb⁻¹）により感度がさらに向上する予想である。

ABSTRACT

We present the results and prospects for searches beyond the Standard Model (SM) at the LHC by the ATLAS and CMS collaborations. The minimal supersymmetric extension of the SM has been investigated in various configurations and lower limits are set on the s-particle masses. The searches for other scenarios of physics beyond the SM are also presented and lower limits on the mass scale are derived in a large variety of models (new heavy gauge bosons, extra-dimensions, compositeness or dark matter). The prospects for physics using 300 /fb and 3000 /fb of data at the high luminosity LHC are also shown.

研究の動機と目的

• LHCにおけるATLASおよびCMSの最新の実験的結果を、標準模型を超える物理学（BSM）について要約すること。
• 超対称性、重いゲージボソン、追加次元、複合性、ダークマターを含む、さまざまなBSMの状況に対して除外限界を設定すること。
• 現在および将来のLHCデータ（最大3000 fb⁻¹）が標準模型を超える新しい物理をどれほど感度よく探査できるかを評価すること。
• 新しい共鳴状態や異常な生成に関するモデルに依存しないおよび簡略化モデルの探索について包括的な概要を提供すること。

提案手法

• LHCの7 TeVおよび8 TeVの陽子-陽子衝突データを用い、ATLASおよびCMSのそれぞれで統合された放射能が5 fb⁻¹および21 fb⁻¹であった。
• 標準模型のバックグラウンドをBSM探索において推定するために、モンテカルロシミュレーションとデータ駆動型手法を併用した。
• 超対称性の信号を解釈するために、グルーギノがトップクォークとニュートラリノに崩壊するような主要なカスケードトポロジーに焦点を当てた、簡略化モデルスペクトル（SMS）を採用した。
• 多変数および運動量解析を用いて、2レプトン、2ジェット、および複数レプトンの最終状態における共鳴状態の除外限界を設定した。
• 特定のモデルを仮定しないで、異常な複数レプトンおよびトップ-アンチトップ生成を探索するモデルに依存しない手法を実施した。
• ATLASおよびCMSの結果を統合し、WIMPダークマター、Z′ボソン、および見えないヒッグス崩壊に対する強固な限界を導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 R対称性保存型超対称性の文脈において、グルーギノおよびスキュアーキュアの質量に対する現在の除外限界は何か？
• RQ2 LHCの結果は、新しい重いゲージボソン（Z′）および追加次元における共鳴状態の存在をどの程度制限しているか？
• RQ3 ジジェットおよび2レプトン最終状態からの複合性および励起クォークまたはレプトンの感度限界は何か？
• RQ4 包括的でモデルに依存しない、異常な複数レプトンおよびトップ-アンチトップ生成の探索は、新しい物理をどの程度制限しているか？
• RQ5 HL-LHC（3000 fb⁻¹）における、標準模型を超える新しい物理を発見するための感度はどの程度か？

主な発見

• CMS実験において、7 TeVおよび8 TeVのデータを統合した結果、グルーギノ質量は95%信頼水準で1.3 TeVまで除外された。
• R対称性保存の下での簡略化モデルフレームワークにおいて、スキュアーキュア質量は約700 GeVまで探査された。
• ATLASでの2レプトン最終状態を用いた、順次的SMモデルにおけるZ′ボソン質量に対して下限が2.9 TeVに設定された。
• CMSでのジジェット対共鳴状態探索において、追加次元および励起クォークの文脈で、新しい物理の質量スケールに対して下限が5.1 TeVに設定された。
• CMSにおいて、Z′ボソンがトップ-アンチトップ対に崩壊する生成断面積と分岐比の積に対して、2.1 TeVの限界が設定された。
• 見えないヒッグス崩壊の探索において、95%信頼水準で分岐比の上限が13%に設定され、WIMPダークマターの制限と整合的であった。