[논문 리뷰] SUSY Without Prejudice at the 7 and 8 TeV LHC: Gravitino LSPs

M. Cahill-Rowley, JoAnne L. Hewett외 2명|arXiv (Cornell University)|2012. 11. 29.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 4인용 수 11

한 줄 요약

이 연구는 7 및 8 TeV에서 ATLAS SUSY 탐색 분석을 사용하여 중성미소 입자 LSP를 가진 현상학적 MSSM(pMSSM)에 대한 LHC의 민감도를 평가한다. 중성미소 모델에서는 미량의 횡방향 에너지(MET)가 감소하지만, 장수하는 비정상 상태 입자(NLSP)는 모델 커버리지의 상당한 향상을 이끌어내어, 중성미소 LSP 시나리오보다 pMSSM 매개변수 공간을 더 효과적으로 배제할 수 있다.

ABSTRACT

We have examined the capability of the LHC, running at both 7 and 8 TeV, to explore the 19(20)-dimensional parameter space of the pMSSM with neutralino(gravitino) LSPs and soft masses up to 4 TeV employing the ATLAS SUSY analysis suite. Here we present some preliminary results for the gravitino model set, following the ATLAS analyses whose data were publically available as of mid-September 2012. We find that the impact of the reduced MET, resulting from models with gravitino LSPs on sparticle searches is more than off-set by the detectability of the many possible long-lived NLSPs.

연구 동기 및 목표

• ATLAS SUSY 탐색 결과를 사용하여 중성미소 LSP를 가진 20차원 pMSSM 매개변수 공간을 탐색할 수 있는 LHC의 능력을 평가하기 위해.
• pMSSM 프레임워크 내에서 중성미소 LSP와 비교하여 중성미소 LSP 시나리오에서의 모델 배제 커버리지 범위를 비교하기 위해.
• 126 GeV 힉스 보손 질량 제약 조건이 두 LSP 시나리오 모두에서 모델의 타당성에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 감소된 MET에도 불구하고 장수하는 NLSP가 어떻게 배제 범위를 향상시키는지 조사하기 위해.
• 특히 MET, 다중 레프톤, 고형성 물질, 장수 입자 탐색을 포함한 다양한 ATLAS 탐색 채널이 중성미소 LSP 모델 세트에 얼마나 효과적인지 정량화하기 위해.

제안 방법

• 공개된 ATLAS 배경 추정치와 벤치마크 모델을 사용하여 ATLAS SUSY 탐색 서명을 시뮬레이션하기 위해 수정된 PGS 몬테카를로 도구의 버전을 사용하였다.
• 7 및 8 TeV에서 모두 2-6개의 제트, 다중제트, 1-레프톤, 동일 스핀 이레프톤, 고형성 물질, 다중 레프톤 탐색을 포함한 주요 ATLAS 분석을 재현하였다.
• 우주론적 제약 조건과 정밀 조정 고려 사항을 통합하여 중성미소 LSP를 가진 20매개변수 pMSSM 모델 세트를 생성하였다.
• MET 기반, 장수 입자, HSCP, 사라지는 궤적, 희귀 붕괴 탐색을 포함한 LHC 탐색 제약 조건을 순차적으로 적용하였다.
• 비교 분석을 위해 힉스 질량 제약 조건 $m_h = 126 \pm 3$ GeV을 사용하여 모델의 부분집합을 정의하였다.
• 다양한 탐색 유형과 중심질량 에너지 간의 모델 배제 비율을 비교하여 중성미소 LSP와 중성미소 LSP 사례 간의 커버리지 차이를 정량화하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 7 및 8 TeV에서 중성미소 LSP를 가진 pMSSM 모델과 중성미소 LSP를 가진 모델 간에 LHC의 배제 능력은 어떻게 비교되는가?
• RQ2 감소된 MET에도 불구하고 중성미소 LSP 시나리오에서 장수하는 NLSP가 모델 커버리지에 얼마나 기여하는가?
• RQ3 126 GeV 힉스 질량 제약 조건은 중성미소 LSP를 가진 pMSSM 모델의 타당성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 MET 기반, 다중 레프톤, 고형성 물질, 또는 장수 입자 탐색 중 어느 ATLAS 탐색 채널이 중성미소 LSP 모델에 가장 효과적인가?
• RQ5 중심질량 에너지(7 vs. 8 TeV)는 압축된 스펙트럼에 대해 모델 배제에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 8 TeV에서 '일반적인' MET 기반 ATLAS 탐색은 전체 중성미소 LSP 모델 세트의 28.69%를 배제했으며, 7 TeV에서는 19.44%였다.
• 8 TeV에서의 다중제트 및 동일 스핀 이레프톤 탐색은 중성미소 모델보다 중성미소 모델에 대해 훨씬 더 효과적이었으며, 각각 4.13% 및 11.50%의 배제율을 기록했다.
• 장수 입자 탐색, 특히 HSCP 및 사라지는 궤적 탐색은 중성미소 모델에서 감소된 MET의 영향을 상쇄할 정도로 모델 커버리지에 기여하였다.
• 다중 레프톤 및 고형성 물질 탐색은 경량 빈오 뉴트랄로이드 NLSP와 더 가벼운 제3세대 스퀘어크의 빈도가 높기 때문에 중성미소 LSP에 대해 더 효과적이었다.
• 힉스 질량 제약 조건 $m_h = 126 \pm 3$ GeV는 평균적으로 모델 커버리지에 약 1.5%포인트의 감소를 초래했으며, 중성미소 케이스보다 중성미소 세트에서 더 적은 정도의 열악한 영향을 미쳤다.
• 약 1,300개의 모델이 7 TeV 탐색에서 배제되었지만 8 TeV에서는 유효한 상태를 유지했으며, 이는 에너지 의존적 배제 민감도를 시사한다.