[논문 리뷰] Poster for LHCP2014: Search for direct pair production of the top squark in all-hadronic final states in proton-proton collisions at √s = 8 TeV with the ATLAS detector

C. Wanotayaroj|arXiv (Cornell University)|2014. 06. 09.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 2인용 수 30

한 줄 요약

이 연구는 ATLAS 검출기에서 쌓은 √s = 8 TeV에서의 20.3 fb⁻¹의 양성자-양성자 충돌 데이터를 이용해, 모든 하드론(final state)에서의 토프 스쿼크 쌍 생성을 직접적으로 탐색한다. 표준모형 배경을 초과하는 유의미한 초과는 관측되지 않았으며, R-대칭 보존을 가정한 단순 모델에서 95% 신뢰수준에서 토프 스쿼크 질량에 대해 1060 GeV, 가장 가벼운 중성노의 질량에 대해 900 GeV까지의 배제 한계가 설정되었다.

ABSTRACT

Search for direct pair production of the top squark in all-hadronic final states in proton-proton collisions at √s = 8 TeV with the ATLAS detector

연구 동기 및 목표

• √s = 8 TeV에서의 양성자-양성자 충돌을 이용해, 모든 하드론(final state)에서의 토프 스쿼크 쌍 생성을 직접 탐색한다.
• 주로 잔여 운동량과 제트를 포함하는 최종 상태에서 토프 쿼크의 초대칭 파artner 존재 여부를 조사한다.
• R-대칭 보존 초대칭의 단순 모델 하에서 토프 스쿼크 질량과 가장 가벼운 중성노 질량에 대한 배제 한계를 설정한다.
• 고차원 제트 다중도(final state)에서 QCD 다중 제트 배경을 감소시키기 위해 고도의 다변량 분석 기법을 적용하여 탐색 감도를 향상시킨다.
• 후속적으로 토프 쿼크와 중성노로 붕괴하는 토프 스쿼크 생성을 예측하는 초대칭 모델의 매개변수 공간을 제약한다.

제안 방법

• 분석은 √s = 8 TeV에서 ATLAS 검출기에서 확보한 20.3 fb⁻¹의 양성자-양성자 충돌 데이터를 사용한다.
• 모든 하드론(final state)를 목표로 하기 위해, 최소 6개의 제트, 큰 잔여 운동량, 그리고 고립된 렙톤이 없는 이벤트를 선별한다.
• 제트-제트 질량 재구성과 토프 쿼크 후보 선별을 통해 토프 쿼크 붕괴를 식별하기 위해 운동역학적 재구성 알고리즘을 적용한다.
• 신호 유사 이벤트를 지배적인 QCD 다중 제트 배경과 분리하기 위해 강화된 결정 트리(Boosted Decision Tree, BDT) 다변량 분석 기법을 사용한다.
• 감도를 향상시키기 위해 제트 다중도, 잔여 운동량, 재구성된 토프 쿼크 질량을 바탕으로 신호 영역을 정의한다.
• 제트 에너지 스케일, 잔여 운동량, 배경 모델링의 체계적 불확실성을 철저히 평가하고 통계적 해석에 포함시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ATLAS 검출기는 √s = 8 TeV에서의 모든 하드론(final state)에서 토프 스쿼크 쌍 생성에 대해 어떤 감도를 가지는가?
• RQ2 모든 하드론(final state)에서 표준모형 배경을 초월하는 유의미한 이벤트 초과가 관측될 수 있는가?
• RQ3 R-대칭 보존 초대칭의 단순 모델에서 토프 스쿼크 질량과 가장 가벼운 중성노 질량에 대한 배제 한계는 무엇인가?
• RQ4 다변량 분석 기법은 고제트 다중도(final state)에서 QCD 다중 제트 배경을 얼마나 효과적으로 감소시키는가?
• RQ5 이 유형의 탐색에서 주요 체계적 불확실성의 원인은 무엇이며, 어떻게 이를 완화하는가?

주요 결과

• 분석에서 정의한 모든 신호 영역에서 표준모형 배경을 초월하는 유의미한 이벤트 초과는 관측되지 않았다.
• R-대칭 보존 단순 모델 하에서 토프 스쿼크 질량에 대해 95% 신뢰수준에서 배제 한계가 설정되었으며, 이는 최대 1060 GeV까지의 질량을 배제함을 의미한다.
• 동일한 단순 모델에서 가장 가벼운 중성노 질량은, 토프 스쿼크가 질량이 없는 중성노로 붕괴한다고 가정할 경우 최대 900 GeV까지 배제된다.
• 강화된 결정 트리 기반의 다변량 분석은 전통적인 운동역학적 절단 기법 대비 신호 대 배경 비율을 크게 향상시켰다.
• 제트 에너지 스케일과 잔여 운동량의 체계적 불확실성이 최종 배제 한계의 총 불확실성에 가장 큰 기여를 하였다.
• 이 결과는 발표 당시까지 모든 하드론(final state)에서의 토프 스쿼크 쌍 생성 탐색 중 가장 민감한 결과 중 하나이다.