[論文レビュー] The ATLAS Leptonic-$Z$ Excess from Light Squark Productions in the NMSSM Extension with a Heavy Dirac Gluino

Ran Ding, Yizhou Fan+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 29, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、重いディラックグルーギノと軽い第一・第二世代スクォークを備えたNMSSMの拡張を提案し、ATLASの3σのレプトン的Z過剰を説明する。Zボソンはスクォーク対生成の後に続く崩壊チェーン $χₗ₂^{0} \to \tilde{\chi}_1^0 Z$ から生じる。モデルはATLASとCMSの制約を組み合わせた条件下で最大15件の信号イベントを達成し、観測された過剰と1σ以内に一致する。

ABSTRACT

The ATLAS Collaboration announced a 3$σ$ excess in the leptonic-$Z+jets+\met$ channel. We show that such an excess can be interpreted in the extension of the Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model (NMSSM) with a heavy Dirac gluino and light squarks. The abundant $Z$ bosons can be produced by light squark pair productions with the subsequent decays $ ilde{q} o q ildeχ_2^0 o q Z ildeχ_1^0$. We investigate the relevant parameter space by considering the constraints from both the ATLAS and CMS direct SUSY searches. Our model can provide sufficient $Z$-signal events in large parameter space if only the ATLAS searches are considered. After combining the ATLAS and CMS searches, the maximal number of signal events can still reach about 15, which is within the $1σ$ region of the observed excess. For comparison, we study the conventional low energy NMSSM with a Majorana gluino and its maximal number of signal events are about 11, although we cannot realize such model in the known supersymmetry breaking scenarios.

研究の動機と目的

• MSSMを超える超対称的モデルを用いて、ATLASの3σのレプトン的Z過剰（81–101 GeVの二レプトン質量、ジェット、欠落エネルギーを伴う）を説明すること。
• ATLASの観測された過剰とCMSのnull結果との間の矛盾を、LHCにおける超対称的探索の制約を統合して分析すること。
• NMSSMにおける重いディラックグルーギノが、自然性を保ちつつスクォーク崩壊経路を通じて必要なZボソンを自然に生成できるかを検討すること。
• 従来のメジャナノグルーギノを有する通常のNMSSMと比較して、ディラックグルーギノモデルの信号生成能力を評価すること。
• ATLASとCMSの直接的超対称的探索限界を満たしつつ、現実的な信号イベント数で過剰を説明できるパラメータ領域を同定すること。

提案手法

• 重いディラックグルーギノ（$m_{\tilde{g}} \approx 2.6$ TeV）と軽い第一・第二世代スクォーク（$m_{\tilde{q}} \in [600,900]$ GeV）を有するNMSSMの拡張をモデル化する。
• スイングリーノに近いLSP（$\tilde{\chi}_1^0$）とビノに近いNLSP（$\tilde{\chi}_2^0$）を介した崩壊チェーン $\tilde{q}\tilde{q} \to q\tilde{\chi}_2^0 \to q\tilde{\chi}_1^0 Z$ を実装し、Zボソンを生成するオンZ二レプトンを生成する。
• モンテカルロシミュレーションを用いて信号断面積とイベントレートを計算し、ATLASおよびCMSの直接的超対称的探索におけるカットを適用する。
• ATLASのみおよびATLAS+CMSの両方の制約下で最大信号イベント数（$N_{\text{Sig}}$）を計算し、有意水準の指標として $R^{\max}_{\text{ATLAS}}$ および $R^{\max}_{\text{ATLAS+CMS}}$ を用いる。
• ディラックグルーギノモデルと従来のメジャナノグルーギノを有する通常のNMSSMを比較し、スクォーク対生成断面積とそれに続く信号率に注目する。
• $\tilde{q} \to q\tilde{\chi}_2^0$ および $\tilde{\chi}_2^0 \to \tilde{\chi}_1^0 Z$ の分岐比が100％に近づくように、質量差 $m_{\tilde{\chi}_2^0} - m_{\tilde{\chi}_1^0} \approx 100$ GeV を固定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 重いディラックグルーギノと軽いスクォークを有するNMSSMの拡張によって、ATLASの3σのレプトン的Z過剰を説明できるか？
• RQ2 ATLASとCMSの直接的超対称的探索制約を組み合わせた条件下で、このモデルが生成可能な最大信号イベント数は何か？
• RQ3 ディラックグルーギノモデルにおける信号生成レートは、従来のメジャナノグルーギノを有する通常のNMSSMと比べてどう異なるか？
• RQ4 ATLASとCMSの両方の制約を満たし、かつ過剰を説明できるスクォークおよび中性ノの質量領域は何か？
• RQ5 同じ程度の信号レートを示すにもかかわらず、なぜディラックグルーギノモデルはメジャナノグルーギノモデルよりも広い有効パラメータ空間を有するのか？

主な発見

• ATLASのみの制約下では、モデルが最大19件の信号イベントを達成でき、ベンチマーク点bench1（$m_{\tilde{q}} = 639$ GeV、$m_{\tilde{\chi}_2^0} = 398$ GeV）では $N_{\text{Sig}} = 19$ かつ $R^{\max}_{\text{ATLAS}} = 0.56$ を達成する。
• CMSの制約を加えると、最大信号イベント数は15件に低下し、観測された過剰と1σ以内の有意水準に一致する。ベンチマーク点bench2（$m_{\tilde{q}} = 642$ GeV、$m_{\tilde{\chi}_2^0} = 428$ GeV）で確認される。
• 従来のNMSSM（メジャナノグルーギノ）では、ATLASとCMSの両方の制約下で最大11件の信号イベントしか生成できず（bench4）、過剰を完全に説明するには不十分である。
• ディラックグルーギノモデルは、同じヘリシティのカップリングによるスクォーク対生成断面積の増加により、メジャナノケースよりも高い信号レートを達成する。
• ATLAS制約下では、$m_{\tilde{q}} \in [650,750]$ GeV および $m_{\tilde{\chi}_2^0} \in [200,400]$ GeV のパラメータ領域が有効であり、$R^{\max}_{\text{ATLAS}} \approx 0.84$ を達成する。
• CMSの制約はATLASよりもはるかに厳しく、過剰を説明できるパラメータ領域の多くを除外し、CMSの除外曲線に近い狭い領域のみが有効である。