[论文解读] Analysis of the R-symmetric supersymmetric models including quantum corrections

Wojciech Kotlarski|arXiv (Cornell University)|Nov 21, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本论文对最小R对称性超对称标准模型（MRSSM）进行了全面的量子分析，重点研究电弱精确测量可观测量与强相互作用动力学。论文完成了W玻色子与希格斯玻色子质量的完整一阶微扰计算及主导二阶微扰计算，识别出与实验数据一致的基准参数点，并利用13 TeV数据和同号轻子搜索，首次导出了对胶球子对产生过程的LHC排除极限，积分亮度为3.2 fb⁻¹，其灵敏度具有竞争力。

ABSTRACT

We study the Minimal R-symmetric Supersymmetric Standard Model (MRSSM) at the quantum level. The thesis consists of two parts. First one treats about the electroweak sector of the model. Among others, it identifies the parameter region allowed by the electroweak precision observables. Since the MRSSM contains an $SU(2)_L$-triplet with a non-zero vacuum expectation value the emphasis is put on the calculation of the $W$ boson mass. To that end, a full one-loop calculation of $m_W$ augmented with the leading two-loop SM result is presented. The region is then checked against the measurement of the Higgs boson mass. For this, the full one-loop and leading two-loop corrections to the Higgs boson mass in the MRSSM are calculated. Devised benchmark points, consistent with both of these observables, are shown to fulfill also a number of additional experimental constraints like properties of the Higgs boson(s), $b$-physics observables and vacuum stability. Correlating all of these observables allows to put bounds on the parameters of the model. Second part of the thesis treats about the strongly interacting scalar sector. First, NLO QCD corrections to the production of scalar gluon (sgluon) pair at the LHC are calculated. A set of $K$-factors for a selected sgluon masses at 13 and 14 TeV LHC is presented. This calculation is applied to constrain the sgluon mass using 2015 data set from Run 2 of the LHC. To that end, a same-sign lepton search by ATLAS is recasted for the case of the production of the sgluon pair decaying to $t\bar{t}$ pairs. The analysis is reproduced with the help of shower Monte Carlo softwares and the program performing a fast detector response simulation. The analysis shows that already using 3.2/fb of integrated luminosity the exclusion limits from Run 2 are competitive with the 8 TeV ones.

研究动机与目标

• 对最小R对称性超对称标准模型（MRSSM）进行量子层面分析，包括一阶微扰与主导二阶微扰修正。
• 识别MRSSM中与电弱精确可观测量一致的参数区域，特别是实测的W玻色子与希格斯玻色子质量。
• 通过重新诠释同号轻子搜索以研究胶球子对产生并衰变为顶夸克的过程，利用LHC运行2期数据对胶球子质量施加约束。
• 利用喷注蒙特卡罗与快速探测器模拟验证分析框架，确保在应用于胶球子信号前的可靠性。
• 基于3.2 fb⁻¹的积分亮度，首次建立13 TeV LHC数据中胶球子质量的直接排除极限。

提出的方法

• 在MRSSM中执行W玻色子质量的完整一阶微扰计算，包含主导二阶微扰标准模型修正。
• 在MRSSM中计算希格斯玻色子质量的完整一阶微扰与主导二阶微扰修正，假设最轻的希格斯态为标准模型类似。
• 采用双切割相空间切片法处理LHC中胶球子对产生过程NLO QCD修正中的红外与共线发散。
• 采用零动量减法方案，将实过程与虚过程中的发散项分离并相互抵消，以处理胶球子产生振幅中的发散。
• 利用喷注蒙特卡罗与快速探测器模拟重现ATLAS同号轻子搜索，以验证背景建模的可靠性。
• 将经验证的分析框架应用于胶球子对产生过程（通过衰变为顶夸克对），基于3.2 fb⁻¹的13 TeV数据导出排除极限。

实验结果

研究问题

• RQ1 在包含完整一阶微扰与主导二阶微扰量子修正后，MRSSM中哪些参数区域与实测W玻色子质量一致？
• RQ2 在MRSSM中，完整一阶微扰与主导二阶微扰对希格斯玻色子质量的修正如何影响其与观测到的希格斯玻色子质量的一致性？
• RQ3 能否利用13 TeV LHC数据与同号轻子搜索策略对MRSSM中的胶球子对产生截面施加约束？
• RQ4 该分析框架在多大程度上重现了ATLAS的背景选择，从而验证其在胶球子信号提取中的适用性？
• RQ5 基于3.2 fb⁻¹积分亮度的13 TeV LHC数据，首次直接排除极限的胶球子质量是多少？

主要发现

• 在包含主导二阶微扰标准模型修正的完整一阶微扰计算后，识别出与实测W玻色子质量一致的MRSSM参数区域。
• 满足W玻色子与希格斯玻色子质量约束的基准参数点，也满足其他实验约束，包括希格斯粒子性质、b物理可观测量及真空稳定性。
• 利用双切割相空间切片法，对胶球子对产生的NLO QCD修正进行了完整红外与共线发散处理。
• 分析框架与ATLAS背景选择结果具有合理一致性，验证了其在信号提取中的适用性。
• 基于3.2 fb⁻¹的13 TeV LHC数据，本研究首次导出胶球子质量的直接排除极限，表明运行2期的排除极限与8 TeV数据的灵敏度相当。
• 3.2 fb⁻¹的13 TeV数据得出的排除极限与8 TeV运行的极限具有可比性，证明了在更高质心能量下同号轻子搜索策略的高灵敏度。