[論文レビュー] Profumo di SUSY: Suggestive Correlations in the ATLAS and CMS High Jet Multiplicity Data

Tianjun Li, James A. Maxin+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 17, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 48被引用数 14

ひとこと要約

この論文は、LHCのATLASおよびCMS実験が、すでに高ジェット多重度信号、特に9個以上のジェットを伴うマルチジェット事象を通じてスピン統一理論の兆候を検出している可能性を提案している。精度の高いモンテカルロシミュレーションにより、No-Scale $Φ$-$SU(5)$モデル（ゲージノ質量 $M_{1/2} \approx$ 518 GeV）を用いた結果、シミュレートされた信号と観測データの間に強い相関が見られ、5 fb$^{-1}$の統合放射率において発見閾値に達する可能性がある。

ABSTRACT

We present persistently amassing evidence that the CMS and ATLAS Collaborations may indeed be already registering supersymmetry events at the Large Hadron Collider (LHC). Our analysis is performed in the context of a highly phenomenologically favorable model named No-Scale F-SU(5), which represents the unification of the F-lipped SU(5) Grand Unified Theory (GUT), two pairs of hypothetical TeV-scale vector-like supersymmetric multiplets derived out of F-Theory, and the dynamically established boundary conditions of No-Scale supergravity. We document highly suggestive correlations between the first inverse femtobarn of observations by CMS and ATLAS, where seductive excesses in multijet events, particularly those with nine or more jets, are unambiguously accounted for by a precision Monte-Carlo simulation of the F-SU(5) model space. This intimate correspondence is optimized by a unified gaugino mass in the neighborhood of M_{1/2}=518 GeV. We supplement this analysis by extrapolating for the expected data profile to be realized with five inverse femtobarns of integrated luminosity, as expected to be observed at the LHC by the conclusion of 2011. Significantly, we find that this luminosity may be sufficient to constitute a SUSY discovery for the favored benchmark spectrum. Indeed, the winds wafting our way from Geneva may already be heavy with the delicate perfume of Supersymmetry.

研究の動機と目的

• ATLASおよびCMSの観測された高ジェット多重度事象が、スピン統一理論の証拠であるかどうかを調査すること。
• 特にマルチジェット最終状態の文脈において、LHCの初期データとNo-Scale $Φ$-$SU(5)$モデルの整合性を検証すること。
• モデルの予測が、特に $M_{1/2} \approx$ 518 GeVの「ゴールデン」部分空間において、CMSおよびATLASの両データと一致するかどうかを特定すること。
• 5 fb$^{-1}$の統合放射率における信号強度を予測し、マルチジェットチャンネルでの5$σ$発見の可能性を評価すること。
• トップダウン的動的境界条件とボトムアップ的実験的制約を統合し、複数の高精度測定にわたるモデルの妥当性を検証すること。

提案手法

• F理論にインspiredされたベクトル型多重状態とNo-Scale超重力境界条件を組み込んだ、No-Scale $Φ$-$SU(5)$モデルの高精度モンテカルロシミュレーションを実施。
• ATLASおよびCMSが使用したのと同じジェット選択基準を適用し、シミュレートされたSUSY事象と観測された高ジェット多重度データを比較。
• ATLAS解析における主要な識別統計量として、$H_{\rm T}^{\rm miss}/\sqrt{H_{\rm T}}$ を使用し、同様に6ビンのビニング戦略を採用。
• 測定されたトップクォーク質量、電弱対称性の破れ、WMAP7のダークマター密度、LEPのヒッグス制限を用いてモデルをキャリブレーション。
• ヒッグスポテンシャルの最小化により、ゲージノ質量 $M_{1/2}$ を動的に決定し、$M_{1/2} \approx$ 518 GeVを最適値として得た。
• 好ましい $M_{1/2}$ = 518 GeVのベンチマークを用いて、5 fb$^{-1}$の統合放射率への信号期待値を外挿し、CMSおよびATLASの信号の有意水準を予測。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ATLASおよびCMSの観測された高ジェット多重度事象が、No-Scale $Φ$-$SU(5)$ SUSYモデルの予測と統計的に有意な相関を示しているか？
• RQ2 ATLASおよびCMSのマルチジェット探索において、観測データを最もよく再現するゲージノ質量 $M_{1/2}$ の特定の値が存在するか？
• RQ3 No-Scale $Φ$-$SU(5)$モデルが、同時に精度の高い電弱物理学、ヒッグス質量、ダークマター、およびフラバー物理学の制約を満たしつつ、コライダーのデータと整合することができるか？
• RQ4 5 fb$^{-1}$の統合放射率において、このモデルの発見可能性は信号の有意水準という観点でどの程度のものか？
• RQ5 2つの独立した実験（ATLASおよびCMS）が得た一致する結果は、現在のデータにおいて真のSUSY信号の可能性を高める要因となるか？

主な発見

• $M_{1/2} \approx$ 518 GeVのNo-Scale $Φ$-$SU(5)$モデルは、ATLASおよびCMSの両方の高ジェット多重度データと強く相関しており、特に9個以上のジェットを伴う事象で顕著である。
• モデルが予測するヒッグスボソン質量 $120^{+3.5}_{-1}$ GeVは、CMS、ATLAS、CDF、DØの狭い除外限界と整合しており、低統計的過剰な兆候とも一致する。
• 高精度モンテカルロシミュレーションにより、$M_{1/2}$ = 500–600 GeVの部分空間が、ATLASおよびCMS両方のデータに対して2標準偏差以内の最良のフィットを示した。
• 5 fb$^{-1}$の統合放射率において、モデルはCMSのマルチジェットチャンネル（9個以上のジェット）で5標準偏差の信号を予測し、発見閾値を満たす。
• ATLASでは、$p_{T} > 80$ GeVおよび$H_{\rm T}^{\rm miss}/\sqrt{H_{\rm T}} \geq 3.5$のビニング領域で4標準偏差の信号を予測しており、強い発見可能性を示している。
• 2つの独立した実験からの結果の一致に加え、複数の高精度測定との整合性から、LHCがすでにスピン統一理論の信号を検出している可能性が示唆される。