[논문 리뷰] Search for electroweak production of charginos and neutralinos at $\sqrt{s}$ = 13 TeV in final states containing hadronic decays of WW, WZ, or WH and missing transverse momentum

Tumasyan, Armen, Adam, Wolfgang외 2329명|arXiv (Cornell University)|2022. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 CMS 데이터 137 fb⁻¹를 사용하여 √s = 13 TeV에서의 양성자-양성자 충돌에서 전약생산을 통해 카린오와 중성노를 탐색한다. 이는 W, Z, 또는 힉스 보손이 강입자 붕괴하는 끝단 상태와 큰 미소전위량을 포함한다. 유의미한 초과는 관측되지 않았으며, 95% 신뢰수준에서 윈오-유사 입자는 χ̃⁰₂ → Zχ̃⁰₁의 경우 최대 870 GeV, χ̃⁰₂ → Hχ̃⁰₁의 경우 최대 960 GeV까지 배제된다. 힉스ино-유사 입자는 300에서 650 GeV 사이에서 배제된다.

ABSTRACT

This Letter presents a search for direct production of charginos and neutralinos via electroweak interactions. The results are based on data from proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV collected with the CMS detector at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 137 fb$^{-1}$. The search considers final states with large missing transverse momentum and pairs of hadronically decaying bosons WW, WZ, and WH, where H is the Higgs boson. These bosons are identified using novel algorithms. No significant excess of events is observed relative to the expectations from the standard model. Limits at the 95% confidence level are placed on the cross section for production of mass-degenerate wino-like supersymmetric particles $ ilde{\chi}_1^\pm$ and $ ilde{\chi}_2^0$, and mass-degenerate higgsino-like supersymmetric particles $ ilde{\chi}_1^\pm$, $ ilde{\chi}_2^0$, and $ ilde{\chi}_3^0$. In the limit of a nearly-massless lightest supersymmetric particle $ ilde{\chi}_1^0$, wino-like particles with masses up to 870 and 960 GeV are excluded in the cases of $ ilde{\chi}_2^0 o$Z$ ilde{\chi}_1^0$ and $ ilde{\chi}_2^0 o$H$ ilde{\chi}_1^0$, respectively, and higgsino-like particles are excluded between 300 and 650 GeV.

연구 동기 및 목표

• W, Z, 및 힉스 보손의 강입자 붕괴를 포함하는 끝단 상태에서 초대칭 카린오와 중성노의 직접 전약생산을 탐색한다.
• 큰 미소전위량을 동반한 완전히 강입자 서명에서 윈오-유사 및 힉스ино-유사 초대칭 입자를 탐색한다.
• 레프톤이 없는 상황에서 민감도를 향상시키기 위해 고급 제트 서브구조 및 머신러닝 기법을 사용한다.
• R-대칭 보존과 안정한 가장 가벼운 중성노를 가정할 때 초대칭 입자 질량에 대한 새로운 배제 한계를 설정한다.

제안 방법

• CMS 검출기에서 확보한 √s = 13 TeV에서의 137 fb⁻¹의 양성자-양성자 충돌 데이터를 활용한다.
• 큰 반경의 제트에서 강입자 붕괴하는 W, Z, 및 힉스 보손을 식별하기 위해 새로운 머신러닝 알고리즘을 적용한다.
• 부스트된 보손을 재구성하기 위해 소프트 드롭 알고리즘을 포함한 제트 서브구조 기법을 적용한다.
• 피크업 완화 및 입자 흐름 재구성 기법을 통해 객체 식별 성능을 향상시킨다.
• 통제 영역과 시뮬레이션 기반 보정을 통해 표준모형 배경를 고정밀도로 모델링한다.
• 운동량 선택 기반의 신호 영역 분석을 수행하여 카린오-중성노 생성과 일치하는 사건을 고립한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 13 TeV에서 강입자 W, Z, 및 H 붕괴를 통한 전약생산을 통한 윈오-유사 카린오 및 중성노에 대한 배제 한계는 무엇인가?
• RQ2 큰 미소전위량을 동반한 완전히 강입자 끝단 상태에서 힉스ино-유사 초대칭 입자는 어느 정도 제약을 받을 수 있는가?
• RQ3 고다수의 제트와 높은 배경 환경에서 머신러닝 기반 제트 재구성 기법이 부스트된 벡터 보손을 식별하는 데 얼마나 효과적인가?
• RQ4 이 완전히 강입자 탐색은 이전의 레프톤 기반 탐색에 비해 전약 초대칭 생성에 대한 민감도를 얼마나 향상시키는가?
• RQ5 결과는 가벼운 중성노가 거의 질량이 없는 자연스러운 초대칭의 매개변수 공간을 어떻게 제약하는가?

주요 결과

• 모든 신호 영역에서 표준모형 배경 예측을 초과하는 유의미한 사건 초과는 관측되지 않았다.
• 95% 신뢰수준에서 χ̃⁰₂ → Zχ̃⁰₁의 경우 윈오-유사 카린오 및 중성노는 질량이 최대 870 GeV까지 배제된다.
• 동일한 채널에서 χ̃⁰₂ → Hχ̃⁰₁의 경우 윈오-유사 입자는 최대 960 GeV까지 배제된다.
• 힉스ино-유사 카린오 및 중성노는 질량 범위 300에서 650 GeV 사이에서 배제된다.
• 이 탐색은 완전히 강입자 끝단 상태와 함께 큰 미소전위량을 포함하는 초대칭 입자의 전약생산에 대해 지금까지 가장 엄격한 배제 한계를 설정한다.
• 결과는 표준모형과 일치하며, 안정한 가장 가벼운 중성노를 가진 자연스러운 초대칭의 매개변수 공간의 넓은 영역을 배제한다.