[論文レビュー] Search for supersymmetry in a final state containing two photons and missing transverse momentum in $\sqrt{s}$ = 13 TeV $pp$ collisions at the LHC using the ATLAS detector

ATLAS Collaboration|arXiv (Cornell University)|Jun 29, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本論文では、ATLAS検出器を用いて、√s = 13 TeV の陽子-陽子衝突において、2つの光子と大きな欠落横断運動量を伴うイベントを対象に、超対称性の探索を実施している。信号イベントは観測されなかったが、95%信頼水準における観測上限0.93 fb は、光子と重力スティンに大部分が崩壊するビノ様の次に軽い超対称粒子（NLSP）を有する一般化されたゲージ媒導超対称性（GGM）モデルにおいて、グルーコン質量の下限が1650 GeVであることを示している。

ABSTRACT

A search has been made for supersymmetry in a final state containing two photons and missing transverse momentum using the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. The search makes use of 3.2 fb$^{-1}$ of proton-proton collision data collected at a centre-of-mass energy of 13 TeV in 2015. Using a combination of data-driven and Monte-Carlo-based approaches, the Standard Model background is estimated to be $0.27^{+0.22}_{-0.10}$ events. No events are observed in the signal region; considering the expected background and its uncertainty, this observation implies a model-independent 95% CL upper limit of 0.93 fb (3.0 events) on the visible cross section due to physics beyond the Standard Model. In the context of a generalized model of gauge-mediated supersymmetry breaking with a bino-like next-to-lightest supersymmetric particle, this leads to a lower limit of 1650 GeV on the mass of a degenerate octet of gluino states, independent of the mass of the lighter bino-like neutralino.

研究の動機と目的

• 13 TeV の pp 衝突データ 3.2 fb⁻¹ を用いて、2つの分離した光子と大きな欠落横断運動量を伴う最終状態における標準模型を越える物理現象の探索を目的とする。
• 次に軽い超対称粒子（NLSP）がビノ様であり、主に光子と重力スティンに崩壊する一般化されたゲージ媒導超対称性（GGM）モデルをテストすることを目的とする。
• この GGM モデルの文脈において、縮退したグルーコン八重項の質量に制約を課すこと。
• 8 TeV データを用いた先行研究を上回る、より高いセンター・オブ・マスエネルギーと向上した検出器性能を活用して、感度を向上させること。
• 二光子 + E_T^miss 最終状態における新しい物理現象の可視断面積に対するモデルに依存しない上限を設定すること。

提案手法

• 標準模型のバックグラウンドを推定するために、データ駆動型およびモンテカルロベースの技術を採用し、結果として 0.27⁺⁰.²²₋₀.₁₀ 件の推定値を得た。
• 二光子 + 欠落横断運動量イベントが豊富な信号領域を定義し、光子の運動量および分離条件を適用するとともに、高い E_T^miss を要件とした。
• GGM モデルにおける縮退したグルーコン八重項とビノ様 NLSP を有する信号イベントをシミュレートするために、Herwig++ 2.7.1 と CTEQ6L1 PDF を使用した。
• 強い生成過程における信号断面積を、QCD の次次精度で計算し、ソフトグルーオンの再結合を組み込んだ。
• 13 TeV で観測可能なのはグルーコンとビノ様 NLSP のみであり、他のスパートナは生成に必要な質量よりもはるかに高いと仮定する簡略化モデルフレームワークを適用した。
• 低質量域では NLSP が 100% で γ + 重力スティン に崩壊すると仮定し、高質量域では分岐比が cos²θ_W に近づくようにし、主要な最終状態が二光子となることを保証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 13 TeV の pp 衝突において、2つの分離した光子と大きな欠落横断運動量を伴うイベントの観測率は何か？
• RQ2 95%信頼水準における二光子 + E_T^miss 最終状態における新しい物理現象の可視断面積の上限は何か？
• RQ3 ビノ様の NLSP を有する一般化されたゲージ媒導超対称性（GGM）モデルにおいて、グルーコン質量に下限を設定できるか？
• RQ4 13 TeV における二光子 + E_T^miss 細胞は、GGM モデルのパrameter空間をどのように制限するか？
• RQ5 ATLAS検出器は、グルーコン対生成およびその後の光子と重力スティンへの崩壊に対して、どの程度の感度を有するか？

主な発見

• 信号領域では信号イベントは観測されず、予想される標準模型バックグラウンド（0.27⁺⁰.²²₋₀.₁₀ 件）と整合的であった。
• 二光子 + E_T^miss 最終状態における新しい物理現象の可視断面積に対して、モデルに依存しない95%信頼水準の上限が 0.93 fb に設定された。
• ビノ様の NLSP を有する一般化された GGM モデルの文脈において、縮退したグルーコン八重項状態の質量に 1650 GeV の下限が確立された。
• この質量上限は、軽いビノ様中性子の質量に依存せず、NLSP の質量変動に対しても頑健であることが示された。
• より高いセンター・オブ・マスエネルギーと向上した検出器性能のおかげで、以前の 8 TeV 探索に比べて感度が向上した。
• 研究範囲の質量領域全域において、ビノ様 NLSP の γ + 重力スティン への分岐比が支配的であり、二光子最終状態がクリーンなプローブとして有効であることが裏付けられた。