[論文レビュー] Supersymmetry Without Prejudice at the 7 TeV LHC

John A. Conley, James S. Gainer+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 9, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 14

ひとこと要約

本論文は、7 TeV LHCにおけるATLASのmSUGRAにインspiredされた欠落運動量（E_T^miss）探索が、71,000個のpMSSMモデルからなる広範なモデルに依存しないサンプルにおいてスピン統計的対称性（SUSY）を発見する可能性を評価している。強力なカバレッジ（50％のバックグラウンド系差分を伴う10 fb⁻¹で最大95％）がある一方、系差分とモデル固有の運動学的特徴（特に小さな質量スプリングや安定した最終状態粒子）によってカバレッジが制限されており、高い生成断面積がある場合でさえ検出が不可能となる。

ABSTRACT

We investigate the model independent nature of the Supersymmetry search strategies at the 7 TeV LHC. To this end, we study the missing-transverse-energy-based searches developed by the ATLAS Collaboration that were essentially designed for mSUGRA. We simulate the signals for ~71k models in the 19-dimensional parameter space of the pMSSM. These models have been found to satisfy existing experimental and theoretical constraints and provide insight into general features of the MSSM without reference to a particular SUSY breaking scenario or any other assumptions at the GUT scale. Using backgrounds generated by ATLAS, we find that imprecise knowledge of these estimated backgrounds is a limiting factor in the potential discovery of these models and that some channels become systematics-limited at larger luminosities. As this systematic error is varied between 20-100%, roughly half to 90% of this model sample is observable with significance S>5 for 1 fb^{-1} of integrated luminosity. We then examine the model characteristics for the cases which cannot be discovered and find several contributing factors. We find that a blanket statement that squarks and gluinos are excluded with masses below a specific value cannot be made. We next explore possible modifications to the kinematic cuts in these analyses that may improve the pMSSM model coverage. Lastly, we examine the implications of a null search at the 7 TeV LHC in terms of the degree of fine-tuning that would be present in this model set and for sparticle production at the 500 GeV and 1 TeV Linear Collider.

研究の動機と目的

• モデルに依存しない素性MSSM（pMSSM）フレームワークにおいて、ATLASのmSUGRAにインスパイアされたE_T^missに基づくSUSY探索の発見可能性を評価すること。
• mSUGRAを想定して設計されたこれらの探索が、より広範かつ複雑なpMSSMパラメータ空間をどれほど効果的にカバーできるかを特定すること。
• 高い生成断面積があるにもかかわらず、モデルカバレッジが低下する主な要因（例えば、小さな質量スプリングや安定した最終状態粒子）を同定すること。
• null LHC結果が、微調整度と将来の線形衝突加速器の可能性に与える影響を評価すること。
• 既存のATLAS解析における運動学的カットの改善を検討し、モデルカバレッジを向上させること。

提案手法

• 現在の実験的および理論的制約を満たす19次元パラメータ空間における約71,000個のpMSSMモデルのシミュレート信号。
• ATLASが生成した標準模型（SM）バックグラウンド分布を用い、系差分を20％から100％の範囲で変動させた。
• 統合した光度1 fb⁻¹および10 fb⁻¹の条件下で、有意水準S ≥ 5を用いて発見可能性を評価した。
• 生成断面積、質量スプリング（例：グルーギノ–LSP）およびカスケード崩壊の運動学的特徴と照らし合わせて、モデルの可視性を分析した。
• 特にM_eff、最初のジェットp_T、およびE_T^missのカットを変更する方法を体系的にスキャンし、カット値の最適化を検討した。
• 将来の線形衝突加速器（500 GeVおよび1 TeV）におけるスパルトロン生成と微調整度へのnull結果の影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 mSUGRAにインスパイアされたE_T^missに基づく探索は、7 TeV LHCにおけるpMSSMモデルの発見にどの程度効果的か？
• RQ2 生成断面積を超える要因として、pMSSMモデルの可視性が制限される要因は何か？
• RQ3 SMバックグラウンド推定における系差分が、ATLAS探索のモデルカバレッジに与える影響は？
• RQ4 運動学的カットの修正が、pMSSM全体にわたって発見可能性をどの程度向上できるか？
• RQ5 null LHC結果が、微調整度と将来の線形衝突加速器物理学に与える影響は？

主な発見

• 統合光度1 fb⁻¹の条件下では、バックグラウンドの系差分が20％～100％の範囲で変動するに応じて、pMSSMモデルの約50％～90％が検出可能である。
• 4j0lチャンネルが最大の発見可能性を示し、レプトンを含むチャンネルはカスケード崩壊の抑制により著しく低いカバレッジを示す。
• 低質量グルーギノやスクアーキューブ、および高い断面積を持つモデルでも、スパルトロンとLSPとの間の小さな質量スプリングのため検出されないことがある。
• 検出されないモデルの大部分には、カスケード崩壊の最終段階で検出器に安定したスパルトロンが存在し、E_T^missに基づく探索を回避している。
• 安定した荷電粒子探索は、これらの安定スパルトロンモデルの一部を検出可能にするが、すべてをカバーするわけではないため、カバレッジが不完全である。
• 特にE_T^missおよび最初のジェットp_Tのしきい値を引き上げることで、運動学的カットを最適化することで、感度を損なわずにモデルカバレッジを向上させることができる。