[논문 리뷰] A Multi-Axis Best Fit to the Collider Supersymmetry Search: The Aroma of Stops and Gluinos at the \sqrt{s} = 7 TeV LHC

Tianjun Li, James A. Maxin외 2명|arXiv (Cornell University)|2012. 03. 08.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 42인용 수 11

한 줄 요약

논문은 $√s = 7$ TeV에서의 다중제트 및 다중레프톤 LHC 탐색에서 관측된 미세한 초과 현상이 No-Scale $φ$-SU(5) 초대칭 모델에 의해 설명될 수 있음을 제안한다. 이는 일곱 개의 CMS 및 ATLAS 탐색 전략에 걸쳐 다축 $χ^2$ 피팅을 통해 이루어졌으며, 최적 피팅 지점은 $M_{1/2} \approx 610$ GeV에서 나타나며, 이는 히ッグ스 보손 질량이 약 665 GeV와 약 830 GeV인 스토퍼 및 글루아노의 질량을 예측한다. 동시에 125 GeV 히iggs 보손을 예측하고 여러 정밀도 제약 조건에도 부합한다.

ABSTRACT

In Profumo di SUSY, we presented evidence that CMS&ATLAS may have already registered a handful of deftly camouflaged supersymmetry events at the LHC in the multijet channels. Here, we explore the prospect for corroboration of this suggestion from 5 additional CMS&ATLAS search strategies targeting the production of light stops & gluinos at lower jet counts, which variously depend on heavy flavor tagging and the inclusion or exclusion of associated leptons. The current operating phase of the 7TeV LHC is highly conducive to the production of gluinos & light stops, given the supersymmetric particle mass hierarchy M_t_1

연구 동기 및 목표

• 다중제트 및 다중레프톤 최종 상태에서 관측된 LHC SUSY 탐색에서의 미세한 초과 현상이 공통된 물리적 신호에서 기인할 수 있는지 테스트하는 것.
• 특히 스토퍼와 글루아노의 질량 계층이 $M(\tilde{t}_1) < M(\tilde{g}) < M(\tilde{q})$로 특징지어지는 No-Scale $φ$-SU(5) 초대칭 모델이 이러한 초과 현상에 대한 통합적 설명으로서의 타당성을 평가하는 것.
• 다양한 탐색 채널에서 표준모형 배경 예측과 데이터 간의 관측된 괴리가 통계적으로 유의미하고 상관관계가 있는지, 또는 무작위 변동인지 평가하는 것.
• 모델이 125 GeV 히iggs 보손 질량, 정밀 전자약력 제약 조건, 그리고 LHC 배제 한계를 동시에 충족시킬 수 있는지 평가하는 것.

제안 방법

• 다양한 제트 수, b-제트 태깅, 레프톤 포함/제외 조건을 포함한 일곱 개의 독립적인 CMS 및 ATLAS 탐색 전략에 대해 다축 $\chi^2$ 피팅 절차를 적용하였다.
• 모델의 매개변수를 $M_{1/2}$ 에 대해 스캔하여, 모든 채널에서 관측된 데이터에 대한 최적 피팅을 찾기 위해 No-Scale $\cal{F}$-SU(5) 모델의 시뮬레이션된 충돌 반응을 사용하였다.
• $\chi^2_{N}$ 검정을 통해 피팅의 통계적 유의성을 평가하였으며, 최적 피팅 지점에서 누적분포함수는 5.5%로 나타나 강력한 통계적 일치를 의미한다.
• 모델의 물리적 타당성을 평가하기 위해, 플라버 변화 중성미류, 뮤온 이례 자기모멘트, WMAP7 잔여 밀도, 그리고 자동 전자약력 대칭 붕괴의 영향을 고려한 제약 조건과의 비교를 수행하였다.
• 벡터 르레스플립폰 다중체의 루프 기여를 통해 125 GeV 히iggs 질량을 생성할 수 있는지 평가하였으며, 이는 CMS 및 ATLAS 데이터와 일치한다.
• 일곱 개의 탐색 전략에 걸친 모든 초대칭 사건 생성의 1-$\sigma$ 겹침을 계산하여 매개변수 공간 내 '발견 영역'을 식별하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 낮은 통계량 초과 현상이 통계적 변동이 아니라 한 가지 물리적 모델에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ2 특정 질량 계층을 가진 No-Scale $\cal{F}$-SU(5) 모델이 $\sqrt{s} = 7$ TeV에서 다중제트 및 다중레프톤 최종 상태에서 관측된 초과 현상과 일치하는 콜라이더 서명을 생성하는가?
• RQ3 일곱 개의 독립적인 탐색 전략에 걸쳐 시뮬레이션된 $\cal{F}$-SU(5) 반응과 관측된 데이터 간의 상관관계의 통계적 유의성은 무엇인가?
• RQ4 No-Scale $\cal{F}$-SU(5) 모델이 125 GeV 히iggs 보손 질량과 엄격한 LHC 배제 한계를 동시에 충족시킬 수 있는가?
• RQ5 $M_{1/2}$ 공간 내에서 일곱 개의 탐색 전략 모두 1-$\sigma$ 불확실성 내에 맞는 매개변수 영역이 존재하는가? 그 경우 스토퍼 및 글루아노의 질량은 얼마인가?

주요 결과

• 일곱 개의 LHC 탐색 전략에 대한 최적의 전체 피팅은 $M_{1/2} = 610$ GeV에서 이루어지며, $\chi^2_{N}$ 누적분포함수는 5.5%로 나타나 강력한 통계적 호환성을 의미한다.
• 일곱 개의 탐색 전략에 대한 1-$\sigma$ 겹침은 $M_{1/2}$가 565 GeV에서 710 GeV 사이인 '발견 영역'을 식별하며, 이는 스토퍼 및 글루아노 질량이 각각 약 615–785 GeV 및 770–970 GeV에 해당한다.
• No-Scale $\cal{F}$-SU(5) 모델은 벡터 르레스플립폰 다중체의 루프 기여를 통해 125 GeV 히iggs 보손 질량을 성공적으로 예측하며, 이는 CMS 및 ATLAS 관측 결과와 일치한다.
• 모델의 예측은 뮤온 이례 자기모멘트, 플라버 변화 중성미류, WMAP7 잔여 밀도를 포함한 정밀도 제약 조건과 양호한 일치를 보이며, 모델의 단순성에도 불구하고 이를 충족한다.
• 모델은 엄격한 LHC 제약 조건 하에서도 유지를 유지한다. 이는 다중제트 최종 상태에서의 가시성을 높이는 계층적인 질량 스펙트럼을 자연스럽게 생성하기 때문이다.
• 이 연구는 현재의 $5~{\rm fb}^{-1}$ 통합 루미너스티가 초기 LHC 데이터에서 스토퍼 및 글루아노의 미세한 '맛'을 확인하거나 배제하는 데 충분할 수 있음을 시사한다.