[論文レビュー] pMSSM Studies at the 7, 8 and 14 TeV LHC

M. Cahill-Rowley, Hewett, J. L.+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 31, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 14被引用数 19

ひとこと要約

この論文は、7、8、および14 TeV LHCにおけるATLAS SUSY探索の感度を、中性子および重力スティンLSPを有する19/20パラメータの現象論的MSSM（pMSSM）に対して評価するために、高速モンテカルロシミュレーションを用いる。14 TeV LHCに3 ab⁻¹の光度を想定した場合、7および8 TeVのデータに耐えた残存する自然なSUSYモデルのほとんどが、特にジェット+MET探索によって排除される可能性が示され、高光度運転が自然なSUSYスペクトルを包括的に探査する強力な手段であることが強調されている。

ABSTRACT

The 19/20-parameter p(henomenological)MSSM with either a neutralino or gravitino LSP offers a flexible framework for the study of a wide variety of R-parity conserving MSSM SUSY phenomena at the 7, 8 and 14 TeV LHC. Here we present the results of a study of SUSY signatures at these facilities obtained via a fast Monte Carlo 'replication' of the ATLAS SUSY analysis suite. In particular, we show the ranges of the sparticle masses that are either disfavored or remain viable after all of the various searches at the 7 and 8 TeV runs are combined. We then extrapolate to 14 TeV with both 300 fb^-1 and 3 ab^-1 of integrated luminosity and determine the sensitivity of a jets + MET search to the pMSSM parameter space. We find that the high-luminosity LHC performs extremely well in probing natural SUSY models.

研究の動機と目的

• 7、8、および14 TeV LHCにおけるATLAS SUSY探索の感度を、中性子または重力スティンLSPを有する19/20パラメータのpMSSMフレームワーク全体に対して評価すること。
• 7および8 TeV LHC探索の統合によるpMSSMパラメータ空間の制約、特に安定または不可視のNLSPを有するモデルについての評価。
• 300 fb⁻¹および3 ab⁻¹の光度を想定した14 TeV LHC探索の到達範囲を、ジェット+MET最終状態に焦点を当てて予測すること。
• ヒッグス粒子質量（126 GeV）、残存密度、および自然性の制約を満たす低微調整（low-FT）pMSSMモデルの妥当性を調査すること。
• 7および8 TeVの制約を経た後に残存する低FTモデルの大部分が14 TeVのジェット+METチャンネルによって排除可能かどうかを特定すること。

提案手法

• ATLAS SUSY解析スイートの高速モンテカルロ「レプリケーション」を用いて、pMSSMパラメータ空間全体における加速器のシグナルをシミュレートする。
• SOFTSUSYを用いて数百万のpMSSMモデルポイントを生成し、SuSpectとの整合性を確認。精度電弱、フラバー、ダークマター、およびコライダーのデータからの制約を適用する。
• 3つのモデルセットを検討する：(i) 一般の中性子LSP、(ii) 一般的な重力スティンLSP、(iii) mₕ = 126 ± 3 GeV、熱的LSP、およびFT < 1%を満たす特別な低FTサブセット。
• スパーティクルの崩壊パターンおよびヒッグス系の性質を、SUSY-HIT、CalcHEP、およびMadGraphの修正版を用いて計算する。
• シミュレートされた信号断面積を7および8 TeVでの観測されたATLAS探索限界と比較することで、除外効率を評価し、14 TeVでの300 fb⁻¹および3 ab⁻¹にまで予測する。
• 主な質量平面（例：最軽いクォークおよびグルーギノ質量）におけるカバレージ効率マップを作成し、NLSP崩壊行動の違いに応じたモデルの除外状況を可視化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 7および8 TeV LHC探索は、中性子または重力スティンLSPを有する19/20パラメータのpMSSMにどのような制約を加えるか？
• RQ2 低微調整pMSSMモデルのうち、7および8 TeV ATLAS探索に耐えた割合はどの程度で、14 TeVで依然として妥当なモデルはどれくらい残存するか？
• RQ3 14 TeVのジェット+MET探索は、特に高pTレプトンを発生させないモデルをどれほど効果的に除外できるか？
• RQ4 14 TeVでの3 ab⁻¹の光度を含めることで、300 fb⁻¹に比べて自然なSUSYモデルに対する感度がどの程度向上するか？
• RQ5 NLSP崩壊特性（即時、ずらし、不可視、または電荷を帯びたもの）が、高エネルギーLHC運転における除外効率に果たす役割は何か？

主な発見

• 7および8 TeVのATLAS SUSY探索を統合した後、中性子および重力スティンLSPの両セットにおいて、数百万のモデルのうち約225,000のモデルが生存する。
• 14 TeVのジェット+MET探索に300 fb⁻¹の光度を想定した場合、低微調整pMSSMモデルサブセットの97.6%が除外され、残存するモデルはわずか74にまで減少する。
• 3 ab⁻¹の光度を想定した場合、除外率は99.9%に上昇し、生存する低FTモデルセットはわずか3モデルにまで減少する。
• 生存する少数の低FTモデルは、非常に重いクォークおよびグルーギノを有しており、ジェット+MET最終状態における高質量スケールへの感度が除外を支配していることが示唆される。
• 高光度14 TeV LHCは、高い断面積とジェット+METチャンネルにおける背景の強い抑制の両方のおかげで、自然なSUSYを特に効果的に探査できる。
• ほとんどすべての低FTモデルが除外されることから、14 TeV LHCは、残存モデルが少数であっても、自然MSSMスペクトルを包括的に探査できる可能性がある。