[論文レビュー] Search for direct production of electroweakinos in final states with one lepton, jets and missing transverse momentum in pp collisions at $ \sqrt{s} $ = 13 TeV with the ATLAS detector

Georges Aad, Abbott, Braden Keim+2983 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、2015年から2018年までの間にATLAS検出器で収集された139 fb⁻¹のデータを用いて、√s = 13 TeVの陽子–陽子衝突において、電弱ノキンの直接生成を探索するものである。最終状態は1つの分離したレプトン、ジェット、および運動量の欠損を含み、チャリノ対生成（˜𝜒⁺₁˜𝜒⁻₁）およびチャリノ–次に軽い中性ノキンの連続生成（˜𝜒±₁˜𝜒⁰₂）を対象としており、それぞれW、Z、ヒッグスボソンを通じた崩壊を想定している。標準模型との間に顕著なずれは観測されず、95%信頼水準での除外限界が設定され、圧縮質量領域では感度が最大40 GeV向上した。

ABSTRACT

Searches for electroweak production of chargino pairs, $ ilde{\chi}^{+}_{1} ilde{\chi}^{-}_{1}$, and of chargino and next-to-lightest neutralino, $ ilde{\chi}^{\pm}_{1} ilde{\chi}^{0}_{2}$, are presented. The models explored assume that the charginos decay into a $W$ boson and the lightest neutralino, $ ilde{\chi}^{\pm}_1 ightarrow W^{\pm} ilde{\chi}^{0}_{1}$. The next-to-lightest neutralinos are degenerate in mass with the chargino and decay to $ ilde{\chi}^{0}_{1}$ and either a $Z$ or a Higgs boson, $ ilde{\chi}^{0}_{2} ightarrow Z ilde{\chi}^{0}_{1}$ or $h ilde{\chi}^{0}_{1}$. The searches exploit the presence of a single isolated lepton and missing transverse momentum from the $W$ boson decay products and the lightest neutralinos, and the presence of jets from hadronically decaying $Z$ or $W$ bosons or from the Higgs boson decaying into a pair of $b$-quarks. The searches use 139 fb$^{-1}$ of $\sqrt{s}= 13$ TeV proton-proton collisions data collected by the ATLAS detector at the Large Hadron Collider between 2015 and 2018. No deviations from the Standard Model expectations are found, and 95% confidence level exclusion limits are set. Chargino masses ranging from 260 to 520 GeV are excluded for a massless $ ilde{\chi}^{0}_{1}$ in chargino pair production models. Degenerate chargino and next-to-lightest neutralino masses ranging from 260 to 420 GeV are excluded for a massless $ ilde{\chi}^{0}_{1}$ for $ ilde{\chi}^{0}_{2} ightarrow Z ilde{\chi}^{0}_{1}$. For decays through an on-shell Higgs boson and for mass-splitting between $ ilde{\chi}^{\pm}_{1} / ilde{\chi}^{0}_{2}$ and $ ilde{\chi}^{0}_{1}$ as small as the Higgs boson mass, mass limits are improved by up to 40 GeV in the range of 200-260 GeV and 280-470 GeV compared to previous ATLAS constraints.

研究の動機と目的

• 陽子–陽子衝突における電弱ノキンの直接生成を、√s = 13 TeVで探索し、ウィノ様のチャリノおよび次に軽い中性ノキン状態に注目する。
• チャリノがWボソンと最軽量中性ノキン（˜𝜒⁰₁）に崩壊し、次に軽い中性ノキンがZまたはヒッグスボソンに崩壊する簡略化モデルを検証する。
• チャリノ／中性ノキンとLSPとの間の質量差が小さい圧縮質量領域において、ジェットの部分構造とブーストドリップツリーを用いて感度を向上させる。
• 特にオンシェルヒッグスボソン崩壊を伴う状況において、チャリノおよび次に軽い中性ノキンの質量に関する95%信頼水準での除外限界を新たに設定する。

提案手法

• 本分析は、2015年から2018年までにATLAS検出器が収集した139 fb⁻¹のpp衝突データを用いる。
• 大半のRジェットから生成されるW、Z、ヒッグスボソンのハドロン的崩壊を特定するためにジェットの部分構造技術を適用し、特にブースト状態で有効である。
• 圧縮相空間における感度を向上させるためにブーストドリップツリー（BDT）判別子を用い、特にヒッグスボソンがbクォーク対（h → bb̄）に崩壊する場合に有効である。
• 探索対象の最終状態は、正確に1つの分離したレプトン（eまたはμ）、運動量の欠損（pTmiss）、およびジェットから成り、それぞれW、Z、ヒッグスボソンの崩壊と整合する。
• 簡略化モデルフレームワークでは、100%のブランチ比を仮定し、˜𝜒±₁ → W˜𝜒⁰₁および˜𝜒⁰₂ → Z˜𝜒⁰₁またはh˜𝜒⁰₁の崩壊を想定している。ゲージおよびヒッグスボソンの崩壊モードは標準模型に類似している。
• 標準模型プロセスに起因するバックグラウンドは、データ駆動型手法とシミュレーションを用いて推定され、非共鳴状態の寄与を抑制するための厳密な選別基準が適用されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 チャリノがWボソンと最軽量中性ノキンに崩壊するモデルにおいて、チャリノ対生成（˜𝜒⁺₁˜𝜒⁻₁）の除外限界は何か？
• RQ2 次に軽い中性ノキンがZボソンを介して崩壊する場合、チャリノ–次に軽い中性ノキン連続生成（˜𝜒±₁˜𝜒⁰₂）の制約はどのように向上するか？
• RQ3 次に軽い中性ノキンがオンシェルヒッグスボソンを介して崩壊する場合、特に質量差が小さい圧縮質量領域における感度向上はどの程度か？
• RQ4 ジェットの部分構造とブーストドリップツリーを用いることで、従来のカットアンドカウンティング手法に比べて信号感度はどの程度向上するか？
• RQ5 本研究で得られた除外限界は、同様の最終状態における以前のATLASおよびLHCの探索と比較して、どのように異なるか？

主な発見

• 最軽量中性ノキン（˜𝜒⁰₁）が質量ゼロの状況において、260 GeVから520 GeVのチャリノ質量は95%信頼水準で除外される。
• ˜𝜒⁰₂ → Z˜𝜒⁰₁の崩壊を伴う˜𝜒±₁˜𝜒⁰₂連続生成モデルにおいて、260 GeVから420 GeVのチャリノおよび次に軽い中性ノキンの質量が、質量ゼロの˜𝜒⁰₁に対して除外される。
• オンシェルヒッグスボソン崩壊（h → bb̄）を伴う˜𝜒±₁˜𝜒⁰₂ → Wh最終状態において、200–260 GeVおよび280–470 GeVの範囲で、以前のATLAS制約と比較して質量限界が最大40 GeV向上した。
• ブーストドリップツリーとジェットの部分構造技術の適用により、従来の手法が高バックグラウンドに苦しむ圧縮領域における感度が顕著に向上した。
• 標準模型の期待値との間に顕著なずれは観測されず、すべての観測された信号領域はバックグラウンドのみの予測と整合的であった。