[論文レビュー] SUSY searches at ATLAS

S. Caron, collaboration, ATLAS|arXiv (Cornell University)|Jun 6, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、2010年LHC走行で得られた35 pb⁻¹のデータを用いて、7 TeVの中心系エネルギーでの陽子-陽子衝突におけるスピン統一理論（SUSY）の最初のATLAS探索を提示する。ジェット、レプトン、および運動量の欠損を含む複数の最終状態を用い、スキュークおよびグルーギノの対生成に対して、これまでで最も厳しい制限を設定した。標準模型の期待値を上回る顕著な過剰は観測されなかった。

ABSTRACT

First ATLAS searches for signals of Supersymmetry in proton-proton collisions at the LHC are presented. These searches are performed in various channels containing different lepton and jet multiplicities in the final states; the full data sample recorded in the 2010 LHC run, corresponding to an integrated luminosity of 35 $ m{pb}^{-1}$, has been analysed. The limits on squarks and gluinos are the most stringent to date.

研究の動機と目的

• LHCにおける陽子-陽子衝突においてATLAS検出器を用いてスピン統一理論（SUSY）の証拠を探索すること。
• 特にR対称性保存SUSYを対象として、モデルに依存しないおよびモデル特異的な新しい物理の除外限界を設定すること。
• データ駆動的手法を用いて、マルチジェット、レプトン、および運動量の欠損を含む最終状態における標準模型のバックグラウンドを制御および推定すること。
• 長寿命でゆっくり動く高質量粒子（SMPs）の署名、特に安定したスキュークおよびグルーギノからのRハドロンを探索すること。
• 効果的質量や横断的質量といった運動学的変数を用いることで、SUSY探索における感度を向上させること。

提案手法

• 大規模な運動量の欠損、複数のジェット、および分離されたレプトン（電子またはミュオン）を特徴とする一般的な探索戦略を採用した。
• 信号領域を、$E_{\text{T}}^{\text{miss}} > 125$ GeV、$E_{\text{T}}^{\text{miss}} > 0.25m_{\text{eff}}$、および $m_{\text{eff}} > 500$ GeV という条件で定義した。ここで $m_{\text{eff}}$ は、3つの主要なジェット、レプトン、および運動量の欠損の全横運動量の和である。
• W+ジェットおよびトップクォーク対からのバックグラウンド寄与を推定・検証するために、($E_{\text{T}}^{\text{miss}}$, $M_T$) 平面上の制御領域（CRs）と検証領域（VRs）を用いた。
• ランダムな運動量および $β\tau$ 測定の組み合わせを用いて、偽レプトンおよびQCDマルチジェットバックグラウンドをデータ駆動的に推定した。
• 遅く動く粒子（SMPs）の識別にはピクセル検出器（dE/dx）およびタイル・カリブレーター（時間飛行）を用い、$p/\beta\gamma$ を用いて粒子質量を推定した。
• 観測データを用いて95%信頼水準での断面積の上限を計算し、モンテカルロシミュレーションおよび理論的モデルと比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2010年LHCデータを用いて、R対称性保存SUSYにおけるスキュークおよびグルーギノ対生成に対する最も厳しい制限は何か？
• RQ2 効果的質量や横断的質量といった運動学的変数は、SUSY探索における標準模型バックグラウンドの抑制にどの程度効果的か？
• RQ3 高運動量の欠損エネルギーを伴う最終状態において、データ駆動的手法は偽レプトンおよびQCDマルチジェットバックグラウンドを信頼性高く推定できるか？
• RQ4 安定したスキュークおよびグルーギノからの長寿命Rハドロンに対する制限は、遅く動く粒子の署名に基づいてどのようになるか？
• RQ5 観測された制限は、以前の実験（例：CDF、D0、LEP）および理論的予測と比較してどうなるか？

主な発見

• ATLASは、スキーュークおよびグルーギノ対生成に対して、これまでで最も厳しい制限を設定した。95%信頼水準での除外限界は、mSUGRAモデルにおいてグルーギノで800 GeV以上、スキュークで900 GeV以上にまで延びた。
• 1レプトン、同符号二レプトン、および逆符号二レプトンの最終状態を含む、解析されたすべてのチャンネルで顕著な過剰は観測されなかった。
• R対称性破壊SUSYの場合、単一のカップリング支配を仮定し、特定のカップリング値（$\lambda'_{311}=0.11$、$\lambda_{312}=0.07$）をとると、750 GeV未満のタウスネュートリノは除外された。
• 遅く動く高質量粒子の探索において、100 GeVを超える質量の候補は観測されず、これまでで最も厳しい下限質量が得られた：安定したスバットムで294 GeV、安定したストップで309 GeV、安定したグルーギノで562–586 GeV。
• $(m_{\tilde{g}}, m_{\tilde{q}})$ 平面上の除外限界は、これまでで最も厳しいものであり、CDF、CMS、ALEPHの以前の結果を上回った。
• ランダムな運動量および $\beta\tau$ 組み合わせを用いたデータ駆動的手法により、$\beta\gamma$ 分布の尾部がシミュレーションに依存せずにうまくモデル化された。