[論文レビュー] Supersymmetry searches at the LHC

Paul de Jong|arXiv (Cornell University)|Nov 16, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、LHCにおける5–6 fb⁻¹のデータ（√s = 7 TeVおよび8 TeV）を用いた超対称性（SUSY）探索をレビューし、包括的解析、第3世代のクォークスーパーパartner（ストップおよびスバットミン）、ゴージンオ、および長寿命粒子やR対称性の破れといった非標準的シグネチャを焦点としている。広範な探索にもかかわらず、標準模型との著しいずれのずれも観測されず、強力な除外限界が得られた：CMSSM/MSUGRAフレームワークにおいてグルーコンは950 GeV未満、スクォークは1400 GeV未満が除外され、単純化モデルでも同様の制約が得られている。

ABSTRACT

Recent results in the search for supersymmetry in pp collisions at sqrt(s) = 7 TeV and sqrt(s) = 8 TeV by the ATLAS and CMS experiments at the LHC are reviewed. After discussing features of inclusive analyses and the presentation of results, emphasis will be put on searches for the third generation squarks, on searches for gauginos, and on possible ways supersymmetry could escape the present analyses.

研究の動機と目的

• 7 TeVおよび8 TeVの陽子-陽子衝突を用いたATLASおよびCMSによるLHCにおける超対称性探索の最新結果を要約すること。
• 自然SUSYモデルの主要構成要素である第3世代のスクォーク（ストップおよびスバットミン）およびゴージンオに対する現在の探索の感度を評価すること。
• 長寿命粒子やR対称性の破れといった非最小的シグネチャを通じて、超対称性が検出を回避する可能性がある方法を検討すること。
• 単純化モデルと包括的探索戦略が、SUSYパラメータ空間を制約するためにどれほど効果的であるかを評価すること。

提案手法

• 包括的探索では、m_eff、H_T、M_T2、E_T^missといった変数を用い、SUSYシグナルと標準模型のバックグラウンドを区別する。
• 単純化モデルは、パラメータ数を減らし、明確で解釈性の高い100%分岐分率を持つ主要な生成および崩壊チャネルに焦点を当てる。
• 専用の解析では、長寿命チャリオンの消失トラック、長寿命ニュートラリノのずれた頂点、R対称性破れグルーコン崩壊における共鳴的3ジャケット構造を対象としている。
• バックグラウンド推定は、コントロール領域とデータ駆動型技術を用い、標準模型の予測との照合を慎重に行っている。
• 結果は、MSUGRA/CMSSMや単純化モデルといったベンチマークモデルに解釈され、除外限界との直接比較が可能になっている。
• 非標準的最終状態（例：2光子＋ジェット、スカラー色八重項共鳴状態）もプローブされ、MSSMを超えるSUSYシナリオの検証がなされている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √s = 7および8 TeVのLHCデータ（5–6 fb⁻¹）に基づき、MSUGRA/CMSSMフレームワークにおけるスクォークおよびグルーコン質量の現在の除外限界は何か？
• RQ2 特に第3世代スクォークおよびゴージンオの文脈において、包括的探索戦略がSUSYシグナルを検出する効果はいかほどか？
• RQ3 超対称性が標準的LHC探索を回避する方法は何か？また、どのような代替的シグネチャが探査されているか？
• RQ4 R対称性破れカップリング（λ′, λ′′）がグルーコンおよびスクォーク崩壊に与える制約は何か？実験的にどのように検証されているか？
• RQ5 フルMSSMパラメータスキャンと比較して、単純化モデルはSUSY探索の解釈をどのように改善するか？

主な発見

• 8 TeVデータ5 fb⁻¹に基づき、CMSSM/MSUGRAモデルにおいて、すべてのスクォーク質量に対してグルーコン質量が950 GeV未満のものが除外された。
• 同じモデルにおいて、すべてのグルーコン質量に対してスクォーク質量が1400 GeV未満のものが除外され、スケールに強い制約が得られた。
• 複数のレプトン、ジェット、および運動量の欠損を伴う包括的探索において、標準模型の期待値を上回る著しい過剰は観測されなかった。
• ATLASの消失トラック探索は、AMSBモデルにおけるチャリオンの寿命および質量に制限を設け、信号は観測されなかった。
• CMSは、3ジャケット共鳴状態を通じたR対称性破れグルーコン崩壊に制限を設け、そのような崩壊の証拠は得られず、グルーコン質量が制約された。
• スカラー色八重項共鳴状態およびステルスSUSY最終状態（例：2光子＋ジェット）の解析においても過剰は観測されず、特定のMSSMを超えるSUSYシナリオが除外された。