[論文レビュー] Search for stealth supersymmetry in final states with two photons, jets, and low missing transverse momentum in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

Hayrapetyan, Aram, Tumasyan, Armen+2366 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

本研究では、√s = 13 TeV の陽子-陽子衝突において、軽い重力グラビティノLSPおよび圧縮された隠れたセクターを有するモデルのシグネチャである、2つの光子、ジェット、および低レベルの運動量欠損（pT^miss）を伴う最終状態を対象として、ステルス超対称性を探索する。138 fb⁻¹ のCMSデータと、データ制御サンプルとシミュレーション補正を組み合わせたハイブリッドバックグラウンド推定法を用い、95%信頼水準でグルーチノ質量は2150 GeVまで、スキュアーキューオン質量は1850 GeVまで排除した。これは、低pT^miss領域における制約を拡張した結果である。

ABSTRACT

The results of a search for stealth supersymmetry in final states with two photons and jets, targeting a phase space region with low missing transverse momentum (pTmiss), are reported. The study is based on a sample of proton-proton collisions at s=13 TeV collected by the CMS experiment, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb-1. As LHC results continue to constrain the parameter space of the minimal supersymmetric standard model, the low pTmiss regime is increasingly valuable to explore. To estimate the backgrounds due to standard model processes in such events, we apply corrections derived from simulation to an estimate based on a control selection in data. The results are interpreted in the context of simplified stealth supersymmetry models with gluino and squark pair production. The observed data are consistent with the standard model predictions, and gluino (squark) masses of up to 2150 (1850) GeV are excluded at the 95% confidence level.

研究の動機と目的

• 標準モデルのSUSY探索が感度を失う低運動量欠損領域におけるステルス超対称性の探索。
• 二光子＋ジェット＋低pT^miss最終状態における標準模型バックグラウンドの正確な推定という課題の解決。
• グルーチノおよびスキュアーキューオンの対生成が、圧縮されたニュートラリノおよび隠れたセクターのシングレトンを介して崩壊する簡略化モデルのテスト。
• STスケーリング仮定の代わりに、シミュレーションに基づく補正を用いることでバックグラウンド推定の改善。
• 従来の制約が不足していたSUSYパラメータ空間におけるグルーチノおよびスキュアーキューオン質量の排除限界の拡張。

提案手法

• データ制御サンプルを用いて初期バックグラウンド推定値を得るが、主要な標準模型過程のシミュレーションサンプルを用いて補正を行うハイブリッドバックグラウンド推定技術を採用。
• STスケーリング仮定に対する補正を、二光子バックグラウンドにシミュレーションベースの補正を適用することで実施し、低pT^miss領域での推定精度を向上。
• 2つの光子、多数のジェット、低pT^missを持つイベントを選別し、軽い重力グラビティノLSPを伴うステルスSUSY崩壊と整合する。
• シングレトン（100 GeV）とスカラー単一状態（90 GeV）の質量を固定し、10 GeVの質量差を導入することでステルスメカニズムを強制。
• グルーチノ（1250–2350 GeV）とスキュアーキューオン（1100–2000 GeV）の質量について2次元スキャンを実施し、物理的境界付近ではより細かいサンプリングを実施。
• ニュートラリノ質量は150 GeVからグルーチノまたはスキュアーキューオン質量より100 GeV低い範囲で変化させ、崩壊チェーン：グルーチノ／スキュアーキューオン → クォーク＋ニュートラリノ → 光子＋重力グラビティノ を反映。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおける二光子＋ジェット最終状態で、低運動量欠損を伴うステルス超対称性を観測できるか？
• RQ2 STスケーリング仮定に依存せずに、低pT^miss領域における標準模型バックグラウンドの推定はどの程度正確に可能か？
• RQ3 圧縮された隠れたセクターを有する簡略化されたステルスSUSYモデルにおいて、グルーチノおよびスキュアーキューオン質量の改善された排除限界は何か？
• RQ4 シミュレーションに基づく補正の導入が、バックグラウンド推定および最終的な感度にどのように影響するか？
• RQ5 CMS実験は、最小超対称標準模型を超える新しい物理を探索する低pT^miss領域にどの程度まで到達可能か？

主な発見

• 観測データは標準模型の予測と整合しており、二光子＋ジェット＋低pT^miss最終状態に顕著な過剰は観測されなかった。
• 固定されたシングレトンおよびスカラー質量を仮定した簡略化されたステルスSUSYモデルにおいて、95%信頼水準でグルーチノ質量は2150 GeVまで排除された。
• 同様に、95%信頼水準でスキュアーキューオン質量は1850 GeVまで排除され、圧縮的かつ低pT^missのSUSYパラメータ空間における探査範囲が拡張された。
• シミュレーションベースの補正法は、STスケーリング仮定に比べ、特に低pT^miss領域でのバックグラウンド推定精度を向上させた。
• 結果として、低エネルギー欠損を伴う最終状態においてステルスSUSYを探査する可能性が裏付けられ、これは直接SUSY探索が高pT^missシグネチャを制限する中で、ますます重要性を増す分野である。
• 本研究は、二光子と低pT^missを伴うステルスSUSYフレームワークにおけるグルーチノおよびスキュアーキューオン質量について、これまでで最も厳密な制約を提供した。