[논문 리뷰] SUSY searches at CMS

A. Gaz|arXiv (Cornell University)|2014. 11. 07.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 LHC의 런 1 기간 동안 8 TeV 프로톤-프로톤 데이터셋의 전부를 사용하여 CMS 협동작업이 수행한 초대칭(SUSY) 탐색 결과를 제시한다. 다양한 SUSY 생성 및 붕괴 모드를 중심으로 분석하였으며, 표준모형 배경에 비해 뚜렷한 초과 신호가 관측되지 않았음에도 불구하고, 여러 단순화된 모델과 벤치마크 시나리오에서 엄격한 배제 한계를 설정하였다. 특히 스토프, 글루아노, 전자기형 히가노 쌍 생성을 강력하게 제약하였다.

ABSTRACT

Supersymmetry is one of the most popular theories that have been proposed to solve or alleviate the Hierarchy Problem and is one of the most active areas of research of Physics beyond the Standard Model at the LHC. In this contribution the results of recent SUSY searches performed by the CMS Collaboration on the 8 TeV dataset collected during 2012 are presented. Emphasis is given to R-parity conserving scenarios, where the Lightest Supersymmetric Particle is stable and may constitute a viable candidate for the Dark Matter in the Universe.

연구 동기 및 목표

• 전체 8 TeV LHC 데이터셋을 활용하여 다양한 최종 상태에서 초대칭 입자를 탐색한다.
• 특히 $ m_{\tilde{t}} - m_{\tilde{\chi}^{0}_{1}} \sim m_{t} $ 영역에서 전통적인 스토프 쌍 탐색의 맹점(블라인드 스팟)을 해결하기 위해 전용 분석을 수행한다.
• 결과를 단순화된 모델과 실제 초대칭 프레임워크(pMSSM 및 cMSSM) 모두에서 해석한다.
• 다중 레프톤 및 다중 제트 최종 상태에서 큰 미량 운동량을 포함한 경우에 전자기형 히가노 및 히가노 쌍 생성에 대한 감도를 향상시킨다.
• 관측된 새로운 물리 신호가 없음에도 불구하고 다양한 SUSY 시나리오에 걸쳐 견고한 배제 한계를 설정한다.

제안 방법

• 다중 제트 사건에서 부족한 횡운동량을 재구성하기 위해 $ M_{T2} $ 변수를 활용하여 제트 에너지 오차에 대한 강건성을 향상시켰다.
• 신호와 배경을 분리하기 위해 제트 및 $ b $-제트 다중도, $ H_T $, $ M_{T2} $로 정의된 신호 영역을 사용하였다.
• 두 제트의 진동 질량 재구성을 통해 $ \tilde{b}\tilde{b} $ 최종 상태를 식별하기 위해 $ M_{CT} $ 변수를 적용하였다.
• 표준모형 배경을 억제하기 위해 $ E_{\mathrm{T}}^{\text{miss}} $, $ M_T(\ell, E_{\mathrm{T}}^{\text{miss}}) $, 레프톤/비-제트 다중도와 같은 위상적 변수를 활용하였다.
• 감도 향상을 위해 $ \gamma\gamma $, $ bb $, $ \ell\ell $, $ jj $ 등의 여러 최종 상태를 결합한 최대우도 적합을 수행하였다.
• 모든 신호 영역에서 예측값을 검증하기 위해 데이터 기반 제어 샘플을 활용하여 표준모형 배경을 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준모형 $ t\bar{t} $와 구별하기 어려운 영역인 $ m_{\tilde{t}} - m_{\tilde{\chi}^{0}_{1}} \sim m_{t} $에서의 스토프 쌍 생성에 대한 배제 한계는 무엇인가요?
• RQ2 다양한 제트 및 $ b $-제트 다중도에서 포함된 $ M_{T2} $ 분석이 글루아노 및 스퀘어크 쌍 생성에 대해 얼마나 민감한가요?
• RQ3 $ M_{CT} $ 변수와 $ b $-제트 태깅을 사용하여 직접 $ \tilde{b}\tilde{b} $ 쌍 생성에 대한 한계는 무엇인가요?
• RQ4 다중 레프톤 및 $ b $-제트가 풍부한 최종 상태에서 단순화된 모델에서 $ \tilde{t}_2 \to H/Z\tilde{t}_1 $ 붕괴에 대한 제약 조건은 무엇인가요?
• RQ5 특히 $ \tilde{\chi}^{0}_{1} \to Z\tilde{G} $ 모드에서 히가노 쌍 생성이 $ h\tilde{G} $ 또는 $ Z\tilde{G} $로 붕괴할 경우의 배제 한계는 무엇인가요?

주요 결과

• 분석된 모든 최종 상태에서 표준모형 배경에 비해 뚜렷한 초과 신호는 관측되지 않았다.
• $ \tilde{\chi}^{0}_{1} \to Z\tilde{G} $ 붕괴 모드에서 히가노 쌍 생성은 약 380 GeV 이하에서 배제되었다.
• $ \tilde{\chi}^{0}_{1} \to h\tilde{G} $ 모드에서는 1 $ \sigma $ 수준에서도 배제가 이루어지지 않았지만, 다중 레프톤 및 $ bb\,bb $ 채널은 저·중간 질량 영역에서 민감도를 보였다.
• $ \tilde{t}_2 \to H/Z\tilde{t}_1 $ 단순화된 모델에 대해 다양한 분해율에서 배제 한계가 설정되었으며, 다중 레프톤 채널이 가장 높은 민감도를 보였다.
• $ M_{T2} $ 분석을 통해 $ q\bar{q} $ 붕괴를 보이는 직접 $ \tilde{q} $ 쌍 생성 및 글루아노 쌍 생성은 1 TeV 이상의 질량에서 배제되었다.
• $ \tilde{b}\tilde{b} $ 탐색 결과는 기대되는 표준모형 배경과 일치하는 한계를 설정하였으며, 뚜렷한 신호는 관측되지 않았다.