[論文レビュー] Search for supersymmetry in final states with missing transverse momentum and three or more $b$-jets in 139 fb$^{-1}$ of proton$-$proton collisions at $\sqrt{s} = 13$ TeV with the ATLAS detector

ATLAS Collaboration|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

本論文では、2015年から2018年にかけてATLAS検出器が収集した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、大規模な欠落横断運動量と3個以上のbジャンクションを伴う最終状態を対象に、超対称性の探索を実施する。運動量の選別と深層ニューラルネットワークの両方を用いて、95%信頼水準において、グルーギノ質量の上限を2.44 TeV（t¯tχ̃⁰₁崩壊の場合）および2.35 TeV（b¯bχ̃⁰₁崩壊の場合）まで制限し、背景予測を超える顕著な過剰は観測されなかった。

ABSTRACT

A search for supersymmetry involving the pair production of gluinos decaying via off-shell third-generation squarks into the lightest neutralino ($ ilde\chi^0_1$) is reported. It exploits LHC proton$-$proton collision data at a centre-of-mass energy $\sqrt{s} = 13$ TeV with an integrated luminosity of 139 fb$^{-1}$ collected with the ATLAS detector from 2015 to 2018. The search uses events containing large missing transverse momentum, up to one electron or muon, and several energetic jets, at least three of which must be identified as containing $b$-hadrons. Both a simple kinematic event selection and an event selection based upon a deep neural-network are used. No significant excess above the predicted background is found. In simplified models involving the pair production of gluinos that decay via off-shell top (bottom) squarks, gluino masses less than 2.44 TeV (2.35 TeV) are excluded at 95% CL for a massless $ ilde\chi^0_1$. Limits are also set on the gluino mass in models with variable branching ratios for gluino decays to $b\bar{b} ilde\chi^0_1$, $t\bar{t} ilde\chi^0_1$ and $t\bar{b} ilde\chi^-_1$ / $\bar{t}b ilde\chi^+_1$.

研究の動機と目的

• 139 fb⁻¹の13 TeV陽子–陽子衝突データにおいて、大規模な欠落横断運動量と3個以上のbジャンクションを伴う最終状態における超対称性の探索。
• R対称性保存を仮定したもとで、グルーギノ対生成が非安定なトップまたはボトムスキューブの介在を介して最軽い中性ノイザー（χ̃⁰₁）に崩壊する過程を調査。
• 信号とバックグラウンド事象の区別を高めるために、深層ニューラルネットワークを用いて感度を向上。
• グルーギノと中性ノイザー質量の除外限界を、グルーギノ崩壊の固定または可変分岐比を仮定した簡略化モデルにおいて設定。
• より大きなデータセットと最適化された解析手法を用いて、以前のATLAS探索を更新および拡張。

提案手法

• 本解析では、2015年から2018年にかけてATLAS検出器が収集した139 fb⁻¹の陽子–陽子衝突データ（√s = 13 TeV）を用いる。
• イベント選別は、大規模なEₜₘᵢₛₛ、1つの孤立した電子またはミューオン、およびジェットのフレーバー識別を用いた3個以上のbジャンクションを含む。
• 2つの解析戦略を採用：複数の信号領域にわたる従来の運動量選別と、観測量を統合して信号とバックグラウンドの分離を最適化する深層ニューラルネットワーク。
• 深層ニューラルネットワークは、特にQCDマルチジェットおよびW/Z + ジェット過程に起因する標準模型バックグラウンドとグルーギノ信号イベントを区別するようにトレーニングされる。
• 解釈には簡略化モデルを用い、Gtt（グルーギノ → t¯tχ̃⁰₁）、Gbb（グルーギノ → b¯bχ̃⁰₁）、Gtb（t¯tχ̃⁰₁、b¯bχ̃⁰₁、およびt¯bχ̃⁻₁/¯t bχ̃⁺₁への可変分岐比）を含む。
• ジェットエネルギースケール、欠落横断運動量、bタギング効率、および照射量に関するシステムティック不確実性を評価し、限界計算に完全に反映させた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非安定なトップまたはボトムスキューブを介して最軽い中性ノイザー（χ̃⁰₁）に崩壊するグルーギノ崩壊を仮定した簡略化モデルにおいて、グルーギノ質量の除外限界は何か？
• RQ2 この最終状態において、深層ニューラルネットワークの導入が従来の運動量選別と比較して感度をどのように向上させるか？
• RQ3 t¯tχ̃⁰₁、b¯bχ̃⁰₁、およびt¯bχ̃⁻₁/¯t bχ̃⁺₁への混合崩壊を伴うモデルにおけるグルーギノ分岐比の制約は何か？
• RQ4 139 fb⁻¹のデータから得られた結果は、より小さなデータセットを用いた以前のATLAS探索と比べてどのように向上しているか？
• RQ5 信号領域における観測データと期待される標準模型バックグラウンドとの間に、有意義な差異は認められるか？

主な発見

• どの信号領域においても、標準模型バックグラウンド予測を超える顕著な過剰は観測されなかった。
• 質量がゼロのχ̃⁰₁を仮定したGttモデルでは、95%信頼水準でグルーギノ質量が2.44 TeV未満の領域が除外された。
• 質量がゼロのχ̃⁰₁を仮定したGbbモデルでは、95%信頼水準でグルーギノ質量が2.35 TeV未満の領域が除外された。
• m(χ̃⁰₁) = 1000 GeVとして、可変分岐比を仮定したGtbモデルでは、B(˜g → t¯tχ̃⁰₁) 対 B(˜g → b¯bχ̃⁰₁) の全平面にわたり除外限界が設定され、除外されるグルーギノ質量の最大値は2.1 TeVに達した。
• 深層ニューラルネットワークを用いた解析は、特に重複する信号領域において、運動量のみに依存する手法に比べて感度が向上した。
• より大きなデータセットと最適化されたイベント選別を用いたことにより、結果として、以前のATLAS解析に比べて大幅に除外領域が拡大された。