[논문 리뷰] Search for squarks and gluinos with the ATLAS detector in final states with jets and missing transverse momentum using 20.3 $fb^{-1}$ of $\sqrt{s}$ = 8 TeV proton-proton collision data

M. Marjanović|arXiv (Cornell University)|2014. 08. 25.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 4인용 수 81

한 줄 요약

이 ATLAS 연구는 20.3 fb⁻¹의 데이터를 사용하여 √s = 8 TeV에서의 proton-proton 충돌에서 스핀-1/2 쿼크와 글루아노를 탐색한다. 이 연구는 제트와 미량의 횡방향 운동량을 포함하는 사건을 중심으로 하되, 렙톤을 배제함으로써 다른 ATLAS 탐색과의 독립성을 확보한다. 유의미한 초과는 관측되지 않았으며, R-대칭 보존과 중성 라스트 스퍼블리어(지배하는 중성 라스트 스퍼블리어, LSP)를 가정한 단순화된 모델에서 글루아노 질량은 1330 GeV, 쿼크 질량은 850 GeV까지 배제된다.

ABSTRACT

Weak scale supersymmetry is one of the best motivated and studied Standard Model extensions. It predicts the existence of new heavy coloured particles called squarks and gluinos which are the supersymmetric partners of the quarks and gluons, respectively. The poster summarises results on inclusive searches for supersymmetric squarks and gluinos in events containing jets and missing transverse momentum without leptons. The searches use the full data sample recorded in 2012 at $\sqrt{s}$=8~TeV centre-of-mass energy by the ATLAS experiment at the LHC.

연구 동기 및 목표

• 제트와 미량의 횡방향 운동량을 포함하는 최종 상태에서 초대칭 쿼크와 글루아노를 탐색하고, 렙톤을 배제함으로써 다른 ATLAS 탐색과의 독립성을 확보한다.
• R-대칭 보존 조건 하에서 쿼크와 글루아노의 질량에 대한 제한을 설정하여 약한 척도 초대칭 모델을 제약한다.
• 포괄적인 신호 영역 및 제어 영역 전략을 통해 초대칭 매개변수 공간에서의 배제 영역을 확장한다.
• 서로 수직인 검증 영역을 사용하여 배경 추정을 검증하고 체계적 불확실성에 대한 강건성을 확보한다.
• 단순화된 모델과 mSUGRA 시나리오에서 결과를 해석하여 초대칭 매개변수 공간에 대한 최신 제약 조건을 제공한다.

제안 방법

• 분석은 2012년 ATLAS 검출기에서 수집한 √s = 8 TeV의 프로톤-프로톤 충돌 데이터 20.3 fb⁻¹를 사용한다.
• 최소 2~6개의 제트와 E_T^miss > 160 GeV를 포함하는 사건이 선택되며, 고립된 전자 및 뮤온에 대한 배제 조건을 통해 렙톤 풍부 배경을 감소시킨다.
• 신호 영역(SR)은 제트 다중도 및 운동량 변수(예: 유효 질량 m_eff) 기반으로 정의되어 신호의 식별도를 향상시킨다.
• 각 SR에 대해 4개의 상호 수직 제어 영역(CR)을 사용하여 주요 표준모형 배경(Z+jets, W+jets, t¯t, 다중제트)을 추정하며, 이 CR들은 신호 오염을 최소화하도록 선택된다.
• 배경 추정은 스케일링 공식을 사용한 최대우도 적합을 통해 유도된다: N(SR, scaled) = N(CR, obs) × [N(SR, unscaled)/N(CR, unscaled)].
• 검증 영역(VR)은 배경 추정의 교차 검증을 위해 사용되며, 관측된 수익은 1σ 이내로 기대값과 일치한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 R-대칭 보존과 중성 LSP를 가정한 단순화된 모델에서 쿼크와 글루아노 질량에 대한 배제 한계는 무엇인가?
• RQ2 제트 다중도와 유효 질량(m_eff)은 표준모형 배경과 초대칭 신호를 얼마나 잘 구별하는가?
• RQ3 제어 영역은 얼마나 정확하게 신호 영역에서의 표준모형 배경을 추정할 수 있으며, 신호 오염은 얼마나 최소화되는가?
• RQ4 탄젠트 β = 30, A₀ = -2m₀, μ > 0 조건 하에서, 동일한 스퍼파트클 질량을 가진 mSUGRA 모델은 어떻게 제약을 받는가?
• RQ5 글루아노 쌍 생성에서의 장수명 붕괴 체인과 고다중도 제트 최종 상태에 대한 이 검색의 민감도는 어떠한가?

주요 결과

• 모든 신호 영역에서 유의미한 사건 초과는 관측되지 않았으며, 데이터와 표준모형 배경 예측 간의 일관성을 시사한다.
• 분리된 글루아노를 가진 단순화된 모델에서, 가장 가벼운 중성 라스트 스퍼블리어가 질량이 0인 경우 글루아노 질량은 1330 GeV까지 배제된다.
• 분리된 글루아노를 가진 경성 쿼크 쌍 생성의 경우, 8개의 동일한 쿼크가 존재할 경우 쿼크 질량은 850 GeV까지 배제된다.
• 글루아노 쌍 생성이 톰 쿼크를 통해 붕괴되는 모델에서(m_~t = 400 GeV), 글루아노 질량은 1110 GeV까지 배제된다.
• tanβ = 30, A₀ = -2m₀, μ > 0 조건 하에서 mSUGRA 모델에서 동일한 질량을 가진 쿼크와 글루아노는 1650 GeV 이하의 질량에서 배제된다.
• 검증 영역에서 관측된 사건 수익은 1σ 범위 내에서 배경 예측과 일치하며, 배경 추정의 신뢰성에 기여한다.