[논문 리뷰] First interpretation of 13 TeV supersymmetry searches in the pMSSM

A. J. Barr, J. K. K. Liu|arXiv (Cornell University)|2016. 05. 31.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 41인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 R-포탄 보존과 중성미온 LSP를 가진 19-매개변수 현상학적 MSSM(pMSSM)에서 13 TeV ATLAS 초대칭 검색 결과를 해석한다. 런 1 제약 조건을 통과한 181.8만 개의 pMSSM 점에 대해 빠른 검출기 시뮬레이션을 적용하여, 런 2 데이터로 95% 신뢰수준에서 15.7%가 배제되었으며, 남은 점들 중 0.5%(1.0%)는 1 테바전자볼트 이하의 글루아인(500 기릴로전자볼트 이하의 스퀘어크)을 포함하고 있다. 이 중 가장 가벼운 것은 757 기릴로전자볼트(293 기릴로전자볼트)이며, LSP는 각각 689 기릴로전자볼트(217 기릴로전자볼트)이다.

ABSTRACT

The combined constraints from six early Run 2 ATLAS searches for supersymmetry are interpreted in the phenomenological minimal supersymmetric extension to the Standard Model (pMSSM). Each of the searches was based on proton-proton collision data recorded in 2015 at $\sqrt{s} =13$ TeV with 3.2 fb$^{-1}$ of integrated luminosity. Sensitivity to squarks of the first two generations and gluinos are evaluated using fast detector simulation. Results are presented in the 19-parameter R-parity conserving pMSSM with the lightest supersymmetric particle (LSP) being the neutralino. Considering 181.8k points that survived Run 1 constraints, 15.7% are excluded at 95% confidence level. Of those satisfying these Run 2 constraints, 0.5% (1.0%) have sub-TeV gluinos (sub-500 GeV squarks), the lightest of which has a mass of 757 GeV (293 GeV) with a 689 GeV (217 GeV) LSP.

연구 동기 및 목표

• R-포탄 보존과 중성미온 LSP를 가진 19-매개변수 pMSSM에 대해 런 2 초기 ATLAS 13 TeV 초대칭 검색 결과의 영향을 평가하기 위해.
• 빠른 검출기 시뮬레이션을 사용하여 제1 및 제2세대 스퀘어크와 글루아인에 대한 민감도를 평가하기 위해.
• 런 1 및 런 2 제약 조건을 모두 통과한 pMSSM 점들 중에서 생존 가능한 하위집단을 식별하기 위해.
• 13 TeV에서의 더 높은 중심질량 에너지와 증가한 루미노시티로 인한 생존 가능한 매개변수 공간의 감소를 정량화하기 위해.
• 스파article 질량 간 상관관계와 다양한 ATLAS 검색 채널 간 상호보완성에 대해 탐색하기 위해.

제안 방법

• R-포탄 보존이 유지되며 19개 자유 매개변수를 가진 181.8만 개의 pMSSM 점을 ATLAS 런 1 분석에서 생존한 자료로 사용하였다.
• 3.2 fb⁻¹의 13 TeV 프로톤-프로톤 충돌 데이터를 바탕으로, 빠른 검출기 시뮬레이션을 적용하여 제1 및 제2세대 스퀘어크와 글루아인에 대한 민감도를 평가하였다.
• 전체 강한 스파르티클 생성 단면적 ≥ 5 fb 이며, 장수명 입자( cτ > 1 mm)가 없는 모형에 집중하였으며, 전용 몬테카를로 시뮬레이션을 필요로 하는 경우는 제외하였다.
• 배제 패턴을 시각화하고 민감도가 높은 영역을 식별하기 위해 결과를 글루아인-스쿼크 질량 평면으로 투영하였다.
• 주요 제약 조건으로 2–6 개의 제트와 멀티-비 검색을 사용하였으며, 런 1의 단순화 모델 한계와 비교하였다.
• 여섯 개의 런 2 초기 ATLAS 검색 결과의 병합 민감도를 바탕으로 95% 신뢰수준에서의 배제를 계산하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 런 1 제약 조건을 통과한 pMSSM 매개변수 공간의 몇 퍼센트가 13 TeV ATLAS 런 2 초기 검색 결과로 3.2 fb⁻¹에서 배제되었는가?
• RQ2 런 2 검색 결과가 런 1에 비해 낮은 질량의 글루아인과 스퀘어크에 대해 얼마나 민감한가? 이 민감도는 LSP 유형에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ3 2–6 개의 제트와 멀티-비 검색과 같은 상호보완적인 검색 채널은 pMSSM에서 전체적인 배제 능력을 얼마나 향상시키는가?
• RQ4 런 1 및 런 2 제약 조건을 모두 통과한 후에도 생존 가능한 글루아인과 스퀘어크의 가장 낮은 질량은 얼마인가?
• RQ5 글루아인, 스퀘어크 및 LSP 간의 질량 상관관계는 pMSSM에서 배제 패턴에 어떻게 영향을 미치는가?

주요 결과

• 런 1 제약 조건을 통과한 181.8만 개의 pMSSM 점 중 95% 신뢰수준에서 15.7%가 런 2 초기 ATLAS 검색 결과로 배제되었다.
• 2–6 개의 제트 검색이 가장 강력한 제약 조건이었으며, 생존 점의 12.6%를 배제하였고, 멀티-비 검색은 4.2%를 배제하였다.
• 생존 점 중 0.5%는 1 테바전자볼트 이하의 글루아인을 포함하고 있으며, 가장 가벼운 글루아인은 757 기릴로전자볼트이며 LSP는 689 기릴로전자볼트이다.
• 생존 점 중 1.0%는 최소한 하나의 500 기릴로전자볼트 이하의 스퀘어크를 포함하고 있으며, 가장 가벼운 스퀘어크는 293 기릴로전자볼트이며 LSP는 217 기릴로전자볼트이다.
• 배제 패턴은 검색 간 강한 상호보완성을 보였으며, 고질량 글루아인 모형은 저질량 스퀘어크로 인해, 반대로 저질량 글루아인 모형은 고질량 스퀘어크로 인해 배제되었으며, 특히 1.4 테바전자볼트 글루아인–1.8 테바전자볼트 스퀘어크 영역에서 두드러졌다.
• 글루아인에 대한 민감도는 8에서 13 TeV로 올라갈 때 스퀘어크보다 더 크게 향상되었으며, 이는 파르톤 분포 함수의 유리한 스케일링 때문이었다.