[論文レビュー] A Multi-Axis Best Fit to the Collider Supersymmetry Search: The Aroma of Stops and Gluinos at the \sqrt{s} = 7 TeV LHC

Tianjun Li, James A. Maxin+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 8, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 42被引用数 11

ひとこと要約

この論文は、$√s = 7$ TeVにおけるLHCのマルチジェットおよびマルチレプトン探索における微細な過剰反応を、No-Scale $φ$-SU(5)超対称モデルが説明可能であると提案している。7つのCMSおよびATLAS探索戦略を網羅する多軸$χ^2$フィットを用い、$M_{1/2} \approx 610$ GeVの最良適合領域を同定した。この領域では、ストップおよびグルーギノの質量がそれぞれ約665 GeVおよび約830 GeVとなり、同時に125 GeVのヒッグス粒子を予測し、多数の高精度制約にも適合する。

ABSTRACT

In Profumo di SUSY, we presented evidence that CMS&ATLAS may have already registered a handful of deftly camouflaged supersymmetry events at the LHC in the multijet channels. Here, we explore the prospect for corroboration of this suggestion from 5 additional CMS&ATLAS search strategies targeting the production of light stops & gluinos at lower jet counts, which variously depend on heavy flavor tagging and the inclusion or exclusion of associated leptons. The current operating phase of the 7TeV LHC is highly conducive to the production of gluinos & light stops, given the supersymmetric particle mass hierarchy M_t_1

研究の動機と目的

• 複数のLHC SUSY探索における微細な過剰反応、特にマルチジェットおよびマルチレプトン最終状態におけるものについて、それらが共通の物理的信号に起因する可能性を検証すること。
• 特異な質量階層$M(\tilde{t}_1) < M(\tilde{g}) < M(\tilde{q})$を有するNo-Scale $φ$-SU(5)超対称モデルが、これらの過剰反応を統一的に説明可能かどうかを評価すること。
• さまざまな探索チャネルにおける標準模型背景予測と観測データとの間の矛盾が、統計的ばらつきではなく、相関のある有意な現象であるかどうかを検証すること。
• モデルが125 GeVのヒッグス粒子質量、高精度電弱制約、およびLHCの除外限界を同時に満たすかどうかを評価すること。

提案手法

• 軽いストップおよびグルーギノを標的とした7つの独立したCMSおよびATLAS探索戦略に、複数のジェット数、bジェットタグ、レプトンの含む・含まないを組み合わせた多軸$\chi^2$フィッティング手順を適用した。
• No-Scale $\cal{F}$-SU(5)モデルからのシミュレートされた加速器反応を用い、$M_{1/2}$をパラメータとしてスキャンすることで、全チャネルにわたる観測データへの最良適合を特定した。
• $\chi^2_{N}$テストを用いてフィットの統計的有意性を評価し、最良適合点での累積分布関数が5.5%であった。これは良好な全体的な整合性を示している。
• モデルの物性的妥当性は、フレーバー変換中性荷電子、ミュオンの異常磁気モーメント、WMAP7の残存密度、および放射的電弱対称性の自発的破れといった制約と比較することで評価した。
• モデルが125 GeVのヒッグス質量を、ベクトル型のフラップン多重項のループ寄与によって生成可能であるかを評価した。この結果は、CMSおよびATLASの観測結果と整合的であった。
• 全7つの探索戦略における超対称的イベント生成の1-$\sigma$重複領域を計算し、パrameter空間における「発見領域」を同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複数のLHC SUSY探索チャネルにおける観測された低統計的過剰反応が、統計的ばらつきではなく、単一の物理的モデルに起因するものと説明可能か？
• RQ2 特定の質量階層を有するNo-Scale $\cal{F}$-SU(5)モデルが、$\sqrt{s} = 7$ TeVにおけるマルチジェットおよびマルチレプトン最終状態の観測された過剰反応と整合するコライダーのシグネチャを生成するか？
• RQ3 7つの独立した探索戦略にわたる、シミュレートされた$\cal{F}$-SU(5)反応と観測データとの間の相関の統計的有意性は何か？
• RQ4 No-Scale $\cal{F}$-SU(5)モデルは、125 GeVのヒッグス粒子質量と厳密なLHCの除外限界（ストップおよびグルーギノに対して）を同時に満たすことができるか？
• RQ5 $M_{1/2}$空間において、全7つの探索戦略が1-$\sigma$不確実性内に収まるパラメータ領域が存在するか？その場合、対応するストップおよびグルーギノの質量は何か？

主な発見

• 全7つのLHC探索戦略に対する最良適合は$M_{1/2} = 610$ GeVで、$\chi^2_{N}$の累積分布関数が5.5%であった。これは統計的に良好な適合を示している。
• 全7つの探索戦略の1-$\sigma$重複領域から、$M_{1/2}$の「発見領域」が$565$ GeVから$710$ GeVの間であると同定され、ストップおよびグルーギノの質量はそれぞれ約615–785 GeVおよび770–970 GeVに対応する。
• No-Scale $\cal{F}$-SU(5)モデルは、ベクトル型フラップン多重項のループ寄与によって125 GeVのヒッグス粒子質量をうまく予測でき、CMSおよびATLASの観測結果と整合的である。
• モデルの予測は、ミュオンの異常磁気モーメント、フレーバー変換中性荷電子、WMAP7の残存密度といった高精度制約と良好に一致しており、モデルの単純さにもかかわらず妥当性を示している。
• モデルは、LHCの厳しい制約下でも妥当性を保ち、軽いストップおよびグルーギノを自然に生成する階層的質量スペクトルを有することで、マルチジェット最終状態における可視性を高めている。
• 本研究は、現在の$5~{\rm fb}^{-1}$の統合したレアレンスが、初期LHCデータにおけるストップおよびグルーギノの微細な「香り」を確認するか、否定するのに十分である可能性を示唆している。