[論文レビュー] SUSY searches at CMS

A. Gaz|arXiv (Cornell University)|Nov 7, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、LHCのRun 1で得られた全8 TeVの陽子-陽子データセットを用いて、CMSコラボレーションが実施した超対称性（SUSY）探索の結果を提示している。主な焦点は、さまざまなSUSY生成および崩壊モードである。標準模型背景に対して顕著な過剰は観測されなかったが、複数の簡略化モデルおよびベンチマークシナリオにおいてきびしい除外限界が設定され、特にストップ、グルーギノ、電磁的ニューオーロンの対生成が強く制約された。

ABSTRACT

Supersymmetry is one of the most popular theories that have been proposed to solve or alleviate the Hierarchy Problem and is one of the most active areas of research of Physics beyond the Standard Model at the LHC. In this contribution the results of recent SUSY searches performed by the CMS Collaboration on the 8 TeV dataset collected during 2012 are presented. Emphasis is given to R-parity conserving scenarios, where the Lightest Supersymmetric Particle is stable and may constitute a viable candidate for the Dark Matter in the Universe.

研究の動機と目的

• 全8 TeV LHCデータセットを用いて、幅広い最終状態における超対称性粒子の探索を目的とする。
• 特に $ m_{\tilde{t}} - m_{\tilde{\chi}^{0}_{1}} \sim m_{t} $ の領域において、従来のストップ対探索に盲点があることを踏まえ、専用の解析を用いてこれを解決することを目的とする。
• 結果を簡略化モデルおよびpMSSMやcMSSMといった現実的な超対称性フレームワークにおいて解釈することを目的とする。
• 多レプトンおよび多ジェット最終状態に伴う大きな欠落運動量を用いて、電磁的ニューオーロンおよびヒッグスイノ対生成の感度を向上させることを目的とする。
• 観測された新しい物理的シグナルがなかったにもかかわらず、多様なSUSYシナリオにわたる強固な除外限界を設定することを目的とする。

提案手法

• 多ジェットイベントにおける欠落運動量の再構築に $ M_{T2} $ 変数を用い、ジェットエネルギーの誤測定に対して頑健性を高めた。
• ジェットおよび $ b $-ジェット多重度、$ H_T $、$ M_{T2} $ を用いて信号とバックグラウンドを分離する信号領域を定義した。
• $ \tilde{b}\tilde{b} $ 最終状態の特定に、2つのジェットのインヴァリアント質量再構築に $ M_{CT} $ 変数を用いた。
• 標準模型バックグラウンドを抑制するために、$ E_{\mathrm{T}}^{\text{miss}} $、$ M_T(\ell, E_{\mathrm{T}}^{\text{miss}}) $、レプトン/ $ b $-ジェット多重度といったトポロジカル変数を用いた。
• 複数の最終状態（例：$ \gamma\gamma $、$ bb $、$ \ell\ell $、$ jj $）を尤度フィットに統合し、ヒッグスイノおよび電磁的ニューオーロン信号の感度を向上させた。
• データ駆動型の制御サンプルを用いて、すべての信号領域において標準模型バックグラウンドを推定し、予測の妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型の $ t\bar{t} $ と区別がつかないほど $ m_{\tilde{t}} - m_{\tilde{\chi}^{0}_{1}} \sim m_{t} $ の領域におけるストップ対生成の除外限界は何か？
• RQ2 多様なジェットおよび $ b $-ジェット多重度において、包括的 $ M_{T2} $ 分析はグルーギノおよびスクアーカー対生成に対してどの程度感度を示すか？
• RQ3 $ M_{CT} $ 変数および $ b $-ジェットタギングを用いた場合、$ \tilde{b}\tilde{b} $ 対生成の限界は何か？
• RQ4 多レプトンおよび $ b $-ジェットを豊富に含む最終状態を用いた簡略化モデルにおいて、$ \tilde{t}_2 \to H/Z\tilde{t}_1 $ の崩壊に対してどのような制約が得られるか？
• RQ5 ヒッグスイノ対生成が $ h\tilde{G} $ や $ Z\tilde{G} $ に崩壊する場合の除外限界は何か、特に $ \tilde{\chi}^{0}_{1} \to Z\tilde{G} $ モードにおいては？

主な発見

• 解析されたすべての最終状態において、標準模型バックグラウンドを超える顕著な過剰は観測されなかった。
• $ \tilde{\chi}^{0}_{1} \to Z\tilde{G} $ 崩壊モードでは、ヒッグスイノ対生成が質量 $ \sim 380 $ GeV まで除外された。
• $ \bar{\chi}^{0}_{1} \to h\tilde{G} $ モードでは、1 $ \sigma $ でも除外は達成されなかったが、多レプトンおよび $ bb\,bb $ チャネルは低・中質量領域で感度を示した。
• $ \tilde{t}_2 \to H/Z\tilde{t}_1 $ 簡略化モデルにおける除外限界は、さまざまな分岐比に対して設定され、多レプトンチャンネルが最も高い感度を示した。
• $ M_{T2} $ 分析により、$ q\bar{q} $ 崩壊を伴うスクアーカー対生成およびグルーギノ対生成が1 TeVを超える質量まで除外された。
• $ \tilde{b}\tilde{b} $ 探索では、期待される標準模型バックグラウンドと整合する限界が得られ、顕著なシグナルは観測されなかった。