[論文レビュー] Degenerate SUSY search at the 8 TeV LHC

Biplob Bhattacherjee, Kirtiman Ghosh|arXiv (Cornell University)|Jul 26, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 15被引用数 13

ひとこと要約

本稿は、8 TeV LHCにおけるATLASおよびCMSのSUSY探索戦略が、グルイノまたは squarks が最軽いスーパースymmétrィック粒子（LSP）とほぼ質量縮退しているデゲネレートSUSY状況において有効であるかを調査する。研究では、非縮退スペクトルを最適化した現在の探索戦略が、軟らかなジェットと低エネルギーの欠落横断運動量（E_T/~）のため、これらの状況を効果的に探査できないことが判明しており、8 TeVでも発見可能性が著しく制限されている。

ABSTRACT

ATLAS and CMS collaborations have searched for the supersymmetry (SUSY) in different channels with 7 TeV center-of-mass energy and their search strategies are optimized for the SUSY scenarios with fairly large mass splittings among the sparticles. In absence of any significant deviation of the data from the Standard Model (SM) prediction, stringent bounds are imposed on the squarks and gluino masses in the context of different SUSY scenarios. Since the exact SUSY breaking mechanism is not known, some part of the SUSY spectrum may be degenerate. In this paper, we consider two particular cases of degenerate SUSY spectrum and discuss the impact of ATLAS and CMS SUSY searches on these scenarios. We found that present SUSY search strategies of the ATLAS and CMS collaborations are not optimized for the degenerate SUSY scenarios. Even the LHC with 8 TeV center-of-mass energy can not probe large part of the parameter space of degenerate SUSY scenarios with the present search strategies.

研究の動機と目的

• 8 TeV LHCにおけるATLASおよびCMSのSUSY探索戦略が、小さな質量スプリングを持つデゲネレートSUSY状況に対して有効であるかを評価すること。
• グルイノが次に軽いスーパースymmétrィック粒子（NLSP）であるモデルと、軽い squarks を含むモデルの2つのデゲネレートSUSYモデルのコライダー素性を調査すること。
• 現在の解析技術とカットを用いて、8 TeV LHCにおけるこれらのモデルの発見可能性を評価すること。
• 高効果的質量およびE_T/~カットの限界を強調し、標準模型背景に埋もれた軟らかなデゲネレートSUSYシグナルを検出できないこと。

提案手法

• スカラーおよび/またはグルイノの対生成を、スパーティクルとLSPの間の小さな質量スプリングを有するR-パリティ保存SUSY状況でシミュレートする。
• ATLASおよびCMSの探索戦略（具体的には、モノジェット/マルチジェット＋E_T/~シグナルと高効果的質量およびE_T/~カット）を7 TeVデータに適用し、8 TeVに外挿する。
• モンテカルロイベント生成および検出器シミュレーションツール（例：MadGraph、Delphes）を用いて、シグナルイベントのモデル化とバックグラウンド抑制を実施する。
• 非縮退（例：cMSSM）とデゲネレートSUSYスペクトルの間でのシグナル受容率とバックグラウンド拒否効率を比較する。
• 初期状態放射（ISR）ジェットの影響を分析する。これは、崩壊生成物が軟らかくても検出可能なE_T/~を提供する可能性がある。
• 因子化スケール依存性への境界の感受性を評価する。特に、スクアーカーが分離した極限では結果が信頼性が低い。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 8 TeV LHCにおけるATLASおよびCMSのSUSY探索戦略は、小さな質量スプリングを持つデゲネレートSUSY状況を効果的に探査できるか？
• RQ2 非縮退スペクトルを最適化した高効果的質量およびE_T/~カットは、デゲネレートSUSYシグナルの発見可能性にどのように影響するか？
• RQ3 初期状態放射（ISR）は、ハードジェットと関連するE_T/~を介して、デゲネレートSUSYイベントの検出可能性をどの程度向上させるか？
• RQ4 ATLASおよびCMSの境界が分離したスクアーカー極限でわずかに異なるのはなぜか？この差は除外限界の信頼性にどのように影響するか？
• RQ5 カット最適化によってデゲネレートSUSYの探査範囲を向上させることは可能か？このような状況に適した解析戦略を再定義するにあたり、どのような課題があるか？

主な発見

• 8 TeV LHCにおけるATLASおよびCMSのSUSY探索戦略は、スパーティクル崩壊が軟らかなジェットと低E_T/~を生じるデゲネレートSUSY状況には最適化されていない。
• 現在の解析で用いられる高効果的質量およびE_T/~カットは、デゲネレート状況においてシグナル受容率を著しく抑制し、発見可能性を著しく低下させる。
• 8 TeVでも、7 TeVと同様に、非最適化された解析カットのため、デゲネレートSUSYの発見可能性は著しく向上しない。
• 7 TeVにおけるATLASのグルイノ質量境界はcMSSM極限で約500 GeVであるが、一致がない場合には約600 GeVに上昇し、分離したスクアーカー極限での不確実性が大きいことが示された。
• グルイノがNLSPであるScenario Iと、軽いスクアーカーを含むScenario IIの両方において、ジェットとE_T/~が軟らかくなると、現在の探索フレームワーク下ではシグナルの可視性が著しく低い。
• 本研究では、新しい解析技術（特にISRタギングと修正された運動量カットを含む）の導入が、デゲネレートBSMモデルを効果的に探査するために急務であると提言している。