[論文レビュー] Search for new phenomena in final states with photons, jets and missing transverse momentum in $pp$ collisions at $\sqrt{s} = 13$ TeV with the ATLAS detector

G. Aad, Abbott, Braden Keim+2938 more|arXiv (Cornell University)|Jun 13, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、LHCのATLAS検出器が2015–2018年に取得した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、高運動量の光子、ジェット、および運動量の欠損を示す最終状態に新しい物理を探索した。標準模型とは著しいずれのずれも観測されず、可視断面積の上限は0.022 fbを超え、簡略化されたゲージ媒介超対称性モデルにおいて95%信頼水準でグルーギノ質量は2200 GeVまでが除外された。

ABSTRACT

A search for new phenomena has been performed in final states with at least one isolated high-momentum photon, jets and missing transverse momentum in proton--proton collisions at a centre-of-mass energy of $\sqrt{s} = 13$ TeV. The data, collected by the ATLAS experiment at the CERN LHC, correspond to an integrated luminosity of 139 $fb^{-1}$. The experimental results are interpreted in a supersymmetric model in which pair-produced gluinos decay into neutralinos, which in turn decay into a gravitino, at least one photon, and jets. No significant deviations from the predictions of the Standard Model are observed. Upper limits are set on the visible cross section due to physics beyond the Standard Model, and lower limits are set on the masses of the gluinos and neutralinos, all at 95% confidence level. Visible cross sections greater than 0.022 fb are excluded and pair-produced gluinos with masses up to 2200 GeV are excluded for most of the NLSP masses investigated.

研究の動機と目的

• √s = 13 TeVの陽子–陽子衝突において、高横断運動量の光子、ジェット、および大きな運動量の欠失を示す最終状態における新物理の探索を目的とする。
• グルーギノが中性ノスを介して光子と重力スティノに崩壊するゲージ媒介超対称性破れの簡略化モデルをテストすることを目的とする。
• 139 fb⁻¹という大規模なRun-2データセットを用いて、標準模型を超える新物理の除外限界を設定することを目的とする。
• 最適化された信号領域と洗練された対象の再構築およびバックグラウンド推定を用いて感度を向上させることを目的とする。

提案手法

• 2015–2018年にLHCでATLAS検出器が取得した139 fb⁻¹の陽子–陽子衝突データを用いる。
• 少なくとも1つの分離した高pT光子、複数のジェット、および顕著な運動量の欠失（EmissT）を示す最終状態をターゲットとしたイベント選択基準を適用する。
• 特定の理論的仮定によるバイアスを避けるために、モデルに依存しないアプローチを採用し、運動量的およびトポロジカルな特徴に焦点を当てる。
• 光子、ジェット、EmissTのための高度な再構築技術を用い、キャリブレーションおよび分解能補正を施す。
• 制御領域での検証を含め、データ駆動型手法とシミュレーションを用いて標準模型のバックグラウンドを推定する。
• ペア生成されたグルーギノが中性ノスに崩壊し、その後重力スティノ、光子、ジェットに崩壊する簡略化されたGGMモデルにおける結果の解釈を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 光子、ジェット、運動量の欠失を示す最終状態における新物理の可視断面積の上限は何か？
• RQ2 重力スティノLSPを有するGGMモデルにおいて、ペア生成されたグルーギノおよび中性ノスの下限質量は何か？
• RQ3 139 fb⁻¹というより大きなデータセットを含めることで、以前の探索と比較して新物理の感度はどのように向上するか？
• RQ4 中性ノスNLSPが光子と重力スティノに崩壊する特定の超対称モデルをATLAS実験がどの程度まで除外できるか？
• RQ5 最適化された信号領域と改善されたバックグラウンド推定は、発見可能性をどのように向上させるか？

主な発見

• 光子、ジェット、運動量の欠失を示す最終状態における新物理の探索において、標準模型の予測から著しいずれのずれも観測されなかった。
• 95%信頼水準で、新物理に起因する可視断面積は0.022 fbを超えることが除外された。
• ほとんどの次に軽い超対称粒子（NLSP）質量の値において、2200 GeVまでのペア生成グルーギノ質量が除外された。
• より小さなデータセットを用いた以前の探索と比較して、グルーギノ質量の除外限界が顕著に改善された。
• 中性ノスNLSPが光子と重力スティノに崩壊するGGMモデルに関して、これまでで最も厳しい制約が設定された。
• 結果は標準模型と整合しており、重力スティノLSPを有する超対称モデルに対する強い制約を提供している。