[論文レビュー] Search for pair production of squarks or gluinos decaying via sleptons or weak bosons in final states with two same-sign or three leptons with the ATLAS detector

Georges Aad, Abbott, Braden Keim+2967 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 127被引用数 3

ひとこと要約

このATLAS探索では、13 TeVの陽子–陽子衝突データ139 fb⁻¹を用いて、スクォークまたはグルーギノの対生成が、軽レプトンまたは弱いボソンを介した崩壊を経て、2つの同じ電荷のレプトンまたは3つのレプトンを含む最終状態で起こるのを調査した。有意な過剰は観測されず、R対称性保存型およびR対称性破れ型超対称モデルにおいて、グルーギノ質量は95%信頼水準で最大2.2 TeV、スクォーク質量は1.7 TeVまでが除外された。

ABSTRACT

A search for pair production of squarks or gluinos decaying via sleptons or weak bosons is reported. The search targets a final state with exactly two leptons with same-sign electric charge or at least three leptons without any charge requirement. The analysed data set corresponds to an integrated luminosity of 139 fb$^{-1}$ of proton$-$proton collisions collected at a centre-of-mass energy of 13 TeV with the ATLAS detector at the LHC. Multiple signal regions are defined, targeting several SUSY simplified models yielding the desired final states. A single control region is used to constrain the normalisation of the $WZ$+jets background. No significant excess of events over the Standard Model expectation is observed. The results are interpreted in the context of several supersymmetric models featuring R-parity conservation or R-parity violation, yielding exclusion limits surpassing those from previous searches. In models considering gluino (squark) pair production, gluino (squark) masses up to 2.2 (1.7) TeV are excluded at 95% confidence level.

研究の動機と目的

• 標準模型ではまれであるが、標準模型を越えた物理学においては可能である、2つの同じ電荷のレプトンまたは3つのレプトンを含む最終状態における超対称粒子対生成の探索を目的とする。
• より大きなデータセット（139 fb⁻¹）を用い、第1および第2世代スクォークに特化した新しい信号領域を定義することで、以前の探索に比べ感度を向上させることを目的とする。
• 観測されたイベント数とバックグラウンド推定値を用いて、R対称性保存型およびR対称性破れ型超対称モデルを制約することを目的とする。
• WZ＋ジェット過程の専用の制御領域を用いてバックグラウンド予測を検証し、解析の信頼性を高めることを目的とする。

提案手法

• 解析は、LHCラン2期中にATLAS検出器が収集した139 fb⁻¹の13 TeV陽子–陽子衝突データを用いた。
• 信号領域は、正確に2つの同じ電荷のレプトンまたは少なくとも3つのレプトンを含む最終状態に基づいて定義され、ジェットおよび欠落横断運動量の追加要件が課された。
• プロンプトな同じ電荷のレプトン、誤識別された電子、偽物／非プロンプトなレプトンのバックグラウンド推定には、データ駆動型技術が用いられ、制御領域で検証された。
• 主要なWZ＋ジェットバックグラウンドの正規化を制約するために、1つの単一の制御領域が使用され、バックグラウンドモデル化の精度が向上した。
• レプトン再構築、エネルギースケール、ジェットエネルギー分解能などの系統的不確実性が、信号およびバックグラウンド予測の両方について評価された。
• 観測されたイベント数と標準模型の期待値を比較する統計的フレームワークが、さまざまなSUSYベンチマークモデルの仮説検定に適用された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2つの同じ電荷のレプトンまたは3つのレプトンを含む最終状態に基づく、R対称性保存型およびR対称性破れ型超対称モデルにおけるグルーギノおよびスクォーク質量の除外限界は何か？
• RQ2 新しい信号領域は、特に第1および第2世代スクォークに対して、以前の探索と比べてどのように感度を向上させたか？
• RQ3 専用の制御領域を用いたデータ駆動型手法は、WZ＋ジェットバックグラウンドの推定をどの程度正確に行えるか？
• RQ4 信号領域における観測されたイベント数は、標準模型の期待値に対してどの程度有意か？
• RQ5 系統的不確実性は、簡略化されたSUSYモデルの文脈において、最終的な除外限界にどのように影響を与えるか？

主な発見

• どの信号領域においても、標準模型のバックグラウンド期待値を上回る有意なイベント過剰は観測されなかった。
• R対称性保存型モデルでは、軽レプトンまたは弱いボソンを介した崩壊チェーンを伴う特定の状況において、グルーギノ質量は95%信頼水準で最大2.2 TeVまでが除外された。
• 同様のR対称性保存型シナリオにおいて、スクォーク質量は95%信頼水準で最大1.7 TeVまでが除外された。
• 最適化された信号領域とバックグラウンドモデル化のおかげで、第1および第2世代スクォーク生成に対して、以前のATLAS探索に比べ感度が向上した。
• 制御領域でのバックグラウンド推定が検証され、不確実性は良好に制御されており、データと整合的であり、除外限界の堅牢性を支持している。
• 同電荷または3レプトン最終状態を含むいくつかの簡略化されたSUSYモデルに関して、本結果はこれまでで最も厳しい制約を示している。