[論文レビュー] Searches for new phenomena in events with two leptons, jets, and missing transverse momentum in 139 fb$^{-1}$ of $ \sqrt{s}=13$ TeV $ pp$ collisions with the ATLAS detector

ATLAS Collaboration|arXiv (Cornell University)|Apr 27, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、ATLAS検出器が収集した13 TeV陽子-陽子衝突データ139 fb⁻¹を用いて、標準模型を超える新しい物理を探索するもので、2つの同じフレーバーの反符号レプトン、ジェット、および欠落運動量を伴う最終状態に注目している。再帰的ジャイロス復元、電弱および強い生成の探索を用いて、電弱inoは900 GeVまで、 squarkは1550 GeVまで、 gluinoは2250 GeVまでの新しい除外限界を設定し、以前の限界から200–400 GeVの改善がなされた。

ABSTRACT

Searches for new phenomena inspired by supersymmetry in final states containing an $e^+e^-$ or $μ^+μ^-$ pair, jets, and missing transverse momentum are presented. These searches make use of proton-proton collision data with an integrated luminosity of 139 $ ext{fb}^{-1}$, collected during 2015-2018 at a centre-of-mass energy $\sqrt{s}=13 $TeV by the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. Two searches target the pair production of charginos and neutralinos. One uses the recursive-jigsaw reconstruction technique to follow up on excesses observed in 36.1 $ ext{fb}^{-1}$ of data, and the other uses conventional event variables. The third search targets pair production of coloured supersymmetric particles (squarks or gluinos) decaying through the next-to-lightest neutralino $( ildeχ_2^0)$ via a slepton $( ilde\ell)$ or $Z$ boson into $\ell^+\ell^- ildeχ_1^0$, resulting in a kinematic endpoint or peak in the dilepton invariant mass spectrum. The data are found to be consistent with the Standard Model expectations. Results are interpreted using simplified models and exclude masses up to 900 GeV for electroweakinos, 1550 GeV for squarks, and 2250 GeV for gluinos.

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ける、2つの同じフレーバーの反符号レプトン、ジェット、および欠落運動量を伴う最終状態における新しい物理の探索。
• 特にチアリンォ、ニュートラリノ、スクォーク、グルーギノを含む電弱および強い生成のスパーティクルを含む超対称モデルの検証。
• より大きなデータセットと最適化された解析手法を活用して、超対称の簡略化モデルに対する感度を向上させること。
• 以前の36 fb⁻¹データで観測された小さな過剰が、今回の139 fb⁻¹データでも継続するかを調査すること。
• ヒッグスティノが次に軽い超対称粒子（NLSP）であるゲージ媒導型SUSY破れモデルに対する感度を高めること。

提案手法

• 再帰的ジャイロス復元（RJR）を用いて、特に36.1 fb⁻¹のデータで以前に観測された過剰に高い感度を発揮する電弱SUSY生成を強化する。
• 従来のイベント変数と最適化された選別基準を用いて、電弱および強いSUSY探索を実施し、感度を向上させるために運動量領域の分割を適用する。
• 単一の信号領域におけるモデルに依存しない上限と、簡略化SUSYモデルにおけるモデルに依存するプロファイル尤度フィットを適用する。
• 背景の推定にはデータ駆動型手法とモンテカルロシミュレーションを用い、すべての成分に対して系誤差を評価する。
• 二レプトンのインバリアント質量スペクトルを用いて、次に軽い中性ネートロン（˜𝜒₀₂）がℓ⁺ℓ⁻˜𝜒₀₁に崩壊する過程からの運動量端点やピークを特定する。
• RJR、電弱、強い生成の3つの異なる探索チャネルについて、それぞれ専用の制御領域と検証手法を用いて背景推定を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 36.1 fb⁻¹のデータで観測された2レプトン最終状態における小さな過剰は、139 fb⁻¹の全データセットでも継続するか？
• RQ2 解析選別基準の最適化とより大きなデータセットの利用により、電弱および強いSUSY生成に対する除外限界はどのように向上したか？
• RQ3 ヒッグスティノNLSPを有するゲージ媒導型SUSY破れモデルに対する感度を、より高い質量と分岐比へと拡張できるか？
• RQ4 グルーギノおよびスクォーク質量の到達限界に関して、今回の限界は、類似した最終状態における以前のATLAS探索と比べてどう異なるか？
• RQ5 再帰的ジャイロス復元と最適化された選別基準は、以前の解析と比べてどの程度感度を向上させたか？

主な発見

• データは標準模型の予測と整合しており、再帰的ジャイロス復元探索において顕著な過剰は観測されず、36.1 fb⁻¹のデータで観測された以前の小さな過剰は継続しなかった。
• 電弱inoの除外限界は900 GeVまで達し、以前の結果と比べて約200 GeVの改善がなされた。
• スクォークの除外限界は1550 GeVまで達し、以前の解析と比べて300 GeVの改善がなされた。
• グルーギノの除外限界は2250 GeVまで達し、以前の結果と比べて400 GeVの改善がなされた。これは強いSUSY生成に対する感度の向上を示している。
• 電弱探索は、ヒッグスティノNLSPを有するGMSBモデルに対する感度を向上させ、以前の4レプトン探索とすべてのハドロン探索の限界の間の質量範囲をカバーした。
• 強い探索では、同じ最終状態における以前のATLAS探索よりも高い˜𝜒₀₁質量にまで感度を発揮し、データセットのサイズと解析の最適化による性能向上を示した。