[논문 리뷰] Analysis of the R-symmetric supersymmetric models including quantum corrections

Wojciech Kotlarski|arXiv (Cornell University)|2016. 11. 21.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 학위논문은 전자약력 정밀관측량과 강한 동역학을 중시하며, 최소 R대칭 초대칭 표준모형(MRSSM)에 대한 종합적인 양자 분석을 제시한다. W 보손과 힉스 보손 질량에 대한 완전한 1차 고리 및 주요 2차 고리 계산을 수행하고, 실험 데이터와 일치하는 벤치마크 포인트를 식별하며, 13 TeV 데이터와 동일한 전하의 렙톤 탐색을 활용하여 sgluon 쌍 생성에 대한 첫 번째 LHC 배제 한계를 유도한다. 이는 통합 루미노시티 3.2 fb⁻¹로 경쟁 가능한 민감도를 확보한다.

ABSTRACT

We study the Minimal R-symmetric Supersymmetric Standard Model (MRSSM) at the quantum level. The thesis consists of two parts. First one treats about the electroweak sector of the model. Among others, it identifies the parameter region allowed by the electroweak precision observables. Since the MRSSM contains an $SU(2)_L$-triplet with a non-zero vacuum expectation value the emphasis is put on the calculation of the $W$ boson mass. To that end, a full one-loop calculation of $m_W$ augmented with the leading two-loop SM result is presented. The region is then checked against the measurement of the Higgs boson mass. For this, the full one-loop and leading two-loop corrections to the Higgs boson mass in the MRSSM are calculated. Devised benchmark points, consistent with both of these observables, are shown to fulfill also a number of additional experimental constraints like properties of the Higgs boson(s), $b$-physics observables and vacuum stability. Correlating all of these observables allows to put bounds on the parameters of the model. Second part of the thesis treats about the strongly interacting scalar sector. First, NLO QCD corrections to the production of scalar gluon (sgluon) pair at the LHC are calculated. A set of $K$-factors for a selected sgluon masses at 13 and 14 TeV LHC is presented. This calculation is applied to constrain the sgluon mass using 2015 data set from Run 2 of the LHC. To that end, a same-sign lepton search by ATLAS is recasted for the case of the production of the sgluon pair decaying to $t\bar{t}$ pairs. The analysis is reproduced with the help of shower Monte Carlo softwares and the program performing a fast detector response simulation. The analysis shows that already using 3.2/fb of integrated luminosity the exclusion limits from Run 2 are competitive with the 8 TeV ones.

연구 동기 및 목표

• MRSSM를 1차 고리 및 주요 2차 고리 보정을 포함한 양자 수준에서 분석한다.
• 특히 측정된 W 보손 질량과 힉스 보손 질량을 고려할 때, MRSSM 내 매개변수 영역이 전자약력 정밀관측량과 일치하는지 확인한다.
• sgluon 쌍 생성이 토프 쿼크로 붕괴하는 경우, LHC 런 2 데이터를 재해석하여 sgluon 질량에 대한 제약 조건을 도출한다.
• 시뮬레이션 샤워 몬테카를로 및 빠른 검출기 시뮬레이션을 사용하여 분석 프레임워크를 검증하여, sgluon 신호 추출에 있어 신뢰성을 확보한다.
• 13 TeV LHC 데이터에서 3.2 fb⁻¹의 통합 루미노시티를 사용하여 sgluon 질량에 대한 첫 번째 직접 한계를 수립한다.

제안 방법

• MRSSM 내에서 W 보손 질량에 대한 완전한 1차 고리 계산을 수행하며, 주요 2차 고리 표준모형 보정을 포함한다.
• MRSSM 내에서 힉스 보손 질량에 대한 완전한 1차 고리 및 주요 2차 고리 보정을 계산하며, 가장 가벼운 힉스 상태가 SM 유사임을 가정한다.
• LHC에서 sgluon 쌍 생성의 NLO QCD 보정에서 발생하는 적외선 및 충돌 발산을 다루기 위해 이중 컷 위상공간 절삭 방법을 적용한다.
• 실제 기여와 가상 기여 간의 발산을 분리하고 상쇄하기 위해 영운동량 제거 방법을 사용한다.
• 배경 모델링의 정당성을 검증하기 위해 샤워 몬테카를로 및 빠른 검출기 시뮬레이션을 사용하여 ATLAS의 동일 전하 렙톤 탐색을 재현한다.
• 검증된 분석 프레임워크를 사용하여 sgluon 쌍 생성이 토프 쿼크 쌍으로 붕괴하는 경우를 분석하고, 3.2 fb⁻¹의 13 TeV 데이터로부터 배제 한계를 도출한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 완전한 1차 고리 및 주요 2차 고리 양자 보정을 포함한 후, 측정된 W 보손 질량과 일치하는 MRSSM의 매개변수 영역은 무엇인가?
• RQ2 MRSSM 내에서 힉스 보손 질량에 대한 완전한 1차 고리 및 주요 2차 고리 보정은 관측된 힉스 보손 질량과의 호환성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 13 TeV LHC 데이터와 동일 전하 렙톤 탐색 전략을 활용하여 MRSSM 내 sgluon 쌍 생성 단면적을 제약 조건에 둘 수 있는가?
• RQ4 분석 프레임워크는 ATLAS 배경 선택 조건을 어느 정도 정확하게 재현하며, 이는 sgluon 신호 추출에 있어 신뢰성 있는 사용을 뒷받침하는가?
• RQ5 13 TeV LHC 데이터에서 3.2 fb⁻¹의 통합 루미노시티를 사용하여 sgluon 질량에 대한 첫 번째 직접 배제 한계는 무엇인가?

주요 결과

• 완전한 1차 고리 계산에 주요 2차 고리 표준모형 기여를 포함한 후, 측정된 W 보손 질량과 일치하는 MRSSM 매개변수 영역이 식별되었다.
• W 및 힉스 보손 질량 제약 조건을 모두 만족하는 벤치마크 포인트는 힉스 성질, b-물리 관측량, 진공 안정성과 같은 추가 실험 제약 조건을 또한 만족함을 확인하였다.
• NLO QCD 보정에서 sgluon 쌍 생성에 대한 적외선 및 충돌 발산을 이중 컷 위상공간 절삭 방법을 통해 완전히 처리하여 계산하였다.
• 분석 프레임워크는 ATLAS 배경 선택을 합리적인 일치도로 재현하여, 이는 신호 추출에 있어 신뢰성 있는 사용을 검증하였다.
• 3.2 fb⁻¹의 13 TeV LHC 데이터를 사용하여, sgluon 질량에 대한 첫 번째 직접 배제 한계를 도출하였으며, 이는 8 TeV 데이터에서의 한계와 경쟁 가능한 민감도를 보였다.
• 3.2 fb⁻¹의 13 TeV 데이터에서 유도된 배제 한계는 8 TeV 런의 결과와 경쟁 가능하며, 더 높은 중심질량 에너지에서의 동일 전하 렙톤 탐색의 민감도를 입증한다.