[논문 리뷰] LHC searches examined via the RPV MSSM

Jared A. Evans, Yevgeny Kats|arXiv (Cornell University)|2013. 11. 04.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 9인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 경량 스토퍼와 힉스이노를 포함한 레프톤 대칭성 파괴 초과대칭(RPV MSSM)에 대한 향상된 LHC 탐색 전략을 제안한다. 이러한 상태는 다수의 제트, b-제트, 타우를 생성하지만, 낮은 미소 에너지를 가지며, 현재 ATLAS 및 CMS 탐색에서의 격차를 식별하고, b-태깅, E_T / 요구 조건의 감소, t t-bar 횡단분석 측정을 통한 수정을 제안하여 이러한 도전적인 최종 상태에 대한 민감도를 향상시킨다. 특히 낮은 미소 에너지 또는 타우 지배적인 붕괴에서 효과적으로 작용한다.

ABSTRACT

We confront the ATLAS and CMS new physics searches with simplified models from R-parity violating (RPV) supersymmetry that contain naturally light stops and higgsinos. We emphasize the important role played by searches for exotic heavy quarks and leptoquarks and discuss how these searches could be modified to better address RPV scenarios. We also argue that it would be useful to design searches for new physics based on the ttbar cross section measurements, to enhance searches for taus + jets + MET with regions with b tagging and reduced MET requirements, and to expand the search program for all-jet final states, especially in the presence of multiple b-jets.

연구 동기 및 목표

• 경량 스토퍼와 힉스이노를 포함한 레프톤 대칭성 파괴 초과대칭(RPV MSSM)에 대한 현재 ATLAS 및 CMS 탐색의 단점을 규명하는 것.
• 낮은 미소 가로 에너지(E_T /)와 타우 또는 청결한 렙톤을 포함하지 않는 렙톤 최종 상태의 도전에 대응하는 것.
• 특히 이국적인 쿼크, 렙토쿼크, 고다중성 제트에 대한 기존 탐색의 대상 수정을 통해 RPV 시나리오에 대한 민감도를 향상시키는 것.
• ℓ + τ_h 채널에서 t t-bar 횡단분석 측정을 기반으로 한 새로운 탐색 전략을 주장하여, 저질량 RPV 신호를 탐지할 수 있도록 하는 것.
• 다수의 b-제트와 고제트 다중성 최종 상태의 커버리지 향상 — 현재 탐색 프레임워크에서 미사용된 상태들

제안 방법

• 스톱이 힉스이노를 통해 토퍼 쿼크, 타우, 쿼크를 포함한 최종 상태로 붕괴하는 단순화된 RPV MSSM 모델을 사용하며, RPV 커플링은 스퍼미온을 통해 매개된다.
• MadGraph 5를 사용해 신호 사건을 시뮬레이션하고, RPVMSSM 모델과 Pythia 8을 사용해 파arton 슈로잉 및 붕괴를 수행하며, 주로 스토퍼 쌍 생성 및 캐스케이드 붕괴에 집중한다.
• 7 및 8 TeV 런에서의 기존 ATLAS 및 CMS 탐색을 재해석하며, 이국적인 무거운 쿼크, 렙토쿼크, 고다중성 제트 탐색을 포함하고, 업데이트된 운동량 및 태깅 요구 조건을 적용한다.
• 분포의 꼬리 효과에 대한 민감도를 줄이기 위해 핵심 신호 영역에 집중하기 위해 약 10⁻³의 효율성 임계값을 적용한다.
• 벤치마크 모델(A–E)을 사용해 민감도 평가를 수행하며, 각각 다른 RPV 커플링과 매개체를 가진 최종 상태(tbqq, bbbq, τbbq, τbqq, μbbq)를 포함한다.
• ℓ + τ_h 채널에서 t t-bar 횡단분석 측정을 기반으로 한 새로운 탐색 전략을 제안하며, 고제트 다중성과 b-태깅을 적용해 낮은 미소 에너지 RPV 신호의 탐지 범위를 넓힌다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 현재 LHC 탐색은 낮은 E_T / 또는 렙톤이 없는 경우 레프톤 대칭성 파괴 초과대칭(RPV MSSM) 시나리오에 민감하지 않은가?
• RQ2 기존의 이국적인 무거운 쿼크 및 렙토쿼크 탐색은 어떻게 수정되어야 하며, 다수의 제트와 b-제트를 포함한 RPV MSSM 최종 상태를 더 잘 타겟팅할 수 있는가?
• RQ3 ℓ + τ_h 채널에서 t t-bar 횡단분석 측정은 얼마나 새로운 물리 탐색으로 재구성될 수 있으며, 저질량 RPV 시나리오를 탐지하는 데 기여할 수 있는가?
• RQ4 6–7개의 제트를 포함한 고다중성 제트 탐색은 어떻게 향상될 수 있는가? 특히 높은 b-태깅 다중성 밴드와 운동량 특징을 통합함으로써.
• RQ5 다음과 같은 최종 상태인 하드론적 타우 + 제트 + E_T / 탐색은 어떻게 최적화될 수 있는가? E_T / 임계값을 낮추거나 타우 식별 기능을 추가함으로써 RPV 붕괴에 대한 민감도를 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• ATLAS의 이국적인 무거운 쿼크 탐색 [3]과 CMS의 렙토쿼크 탐색 [5]은 원래 네 개의 붕괴를 위한 것이 아니었지만, 반대 전하의 이렙톤 최종 상태(예: 모델 E)에 매우 민감하다.
• 각 스토퍼 붕괴에서 단일 b-제트만 존재하는 시나리오(예: 모델 D, τbqq)에서는 ATLAS 탐색에서 3–4개의 b-태깅 요구 조건이 효과적이지 않지만, 제안된 렙톤 + 다수의 제트 + 단일 b-태깅 탐색 [7,8]은 저질량에서 희망적인 성과를 보인다.
• CMS의 하드론적 타우 + 제트 + E_T / [14] 및 고다중성 + 낮은 E_T / [15] 탐색은 모델 D에 대해 민감도에 매우 가까운 상태이며, E_T / 컷을 낮추거나 타우 식별 기능을 추가하면 더욱 향상될 수 있다.
• ATLAS의 6–7개의 고pT 제트 탐색 [6]은 bbbq 최종 상태(모델 B)에 거의 민감하지만, 0–2개의 b-태깅에서만 한계를 설정한다. 3–4개의 b-태깅 밴드를 추가하면 민감도가 크게 향상될 것이다.
• 매우 낮은 스토퍼 질량에서, ℓ + τ_h 채널에서 t t-bar 횡단분석 측정 [17]은 약 ~2 fb⁻¹의 데이터로도 어떤 새로운 물리 탐색보다 더 강력한 한계를 제공하며, 이는 새로운 탐색 전략로서의 잠재력을 보여준다.
• 6–8개의 제트, 그 중 6개가 b-제트인 최종 상태(모델 B와 유사)에 대한 전용 탐색이 없어 배경이 낮고 신호 순도가 높음에도 불구하고 커버리지 격차가 뚜렷하게 존재한다.