[논문 리뷰] pMSSM Studies at the 7, 8 and 14 TeV LHC

M. Cahill-Rowley, Hewett, J. L.외 2명|arXiv (Cornell University)|2013. 07. 31.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 14인용 수 19

한 줄 요약

이 논문은 7, 8, 그리고 14 TeV LHC에서 ATLAS SUSY 탐색의 민감도를 19/20-파rameter 현상학적 MSSM(pMSSM)에 대해 평가하기 위해 빠른 몬테카를로 시뮬레이션을 사용한다. 이는 중성미자 또는 중력보가 LSP인 모델을 대상으로 하며, 14 TeV LHC에서 3 ab⁻¹ 루미노사티가 제공될 경우, 7 및 8 TeV 데이터 이후 생존한 거의 모든 자연스러운 SUSY 모델이 배제될 것으로 예상된다. 특히 제트 + MET 탐색을 통해 그러한 배제가 이루어지며, 고루미노사티 런의 강력한 탐색 능력이 자연스러운 SUSY 스펙트럼을 종합적으로 분석할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

The 19/20-parameter p(henomenological)MSSM with either a neutralino or gravitino LSP offers a flexible framework for the study of a wide variety of R-parity conserving MSSM SUSY phenomena at the 7, 8 and 14 TeV LHC. Here we present the results of a study of SUSY signatures at these facilities obtained via a fast Monte Carlo 'replication' of the ATLAS SUSY analysis suite. In particular, we show the ranges of the sparticle masses that are either disfavored or remain viable after all of the various searches at the 7 and 8 TeV runs are combined. We then extrapolate to 14 TeV with both 300 fb^-1 and 3 ab^-1 of integrated luminosity and determine the sensitivity of a jets + MET search to the pMSSM parameter space. We find that the high-luminosity LHC performs extremely well in probing natural SUSY models.

연구 동기 및 목표

• 7, 8, 그리고 14 TeV LHC에서 중성미자 또는 중력보가 LSP인 전체 19/20-매개변수 pMSSM 프레임워크에 대한 ATLAS SUSY 탐색의 민감도를 평가하기 위해.
• 7 및 8 TeV LHC 탐색의 통합 결과가 안정적이거나 투명한 NLSP를 가진 모델에 대해 pMSSM 매개변수 공간을 어떻게 제약하는지 평가하기 위해.
• 300 fb⁻¹ 및 3 ab⁻¹ 루미노사티를 가진 14 TeV LHC 탐색의 범위를 제트 + MET 최종 상태에 집중하여 예측하기 위해.
• Higgs 질량(126 GeV), 잔류 밀도, 자연성 조건을 만족하는 저-정밀도 조정(low-FT) pMSSM 모델의 타당성을 조사하기 위해.
• 7 및 8 TeV 제약 조건 이후 생존한 저-FT 모델의 대부분을 14 TeV 제트 + MET 채널이 배제할 수 있는지 판단하기 위해.

제안 방법

• ATLAS SUSY 분석 세트의 빠른 몬테카를로 '복제'를 사용하여 pMSSM 매개변수 공간 전반에서 충돌 기반 서명을 시뮬레이션한다.
• SOFTSUSY를 사용하여 수백만 개의 pMSSM 모델 포인트를 생성하고, SuSpect와의 일관성을 검토하며 정밀 전자약, 프레임워크, 암흑물질, 충돌 실험 데이터로부터의 제약 조건을 적용한다.
• 세 가지 모델 세트를 연구한다: (i) 일반 중성미자 LSP, (ii) 일반 중력보 LSP, (iii) mₕ = 126 ± 3 GeV, 열적 LSP, FT < 1% 조건을 만족하는 특수 저-FT 서브세트.
• 스파르티클 붕괴 패턴과 힉스 섹터 특성은 수정된 SUSY-HIT, CalcHEP, 그리고 MadGraph를 사용하여 계산한다.
• 모의 신호 단면적을 7 및 8 TeV에서 관측된 ATLAS 탐색 한계와 비교하여 배제 효율성을 평가하고, 14 TeV에서 300 fb⁻¹ 및 3 ab⁻¹로 예측한다.
• 주요 질량 평면(예: 가장 가벼운 쿼크 및 글루아진 질량)에서 커버리지 효율성 지도를 제작하여 다양한 NLSP 붕괴 거동에서의 모델 배제 상황을 시각화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 7 및 8 TeV LHC 탐색은 중성미자 또는 중력보가 LSP인 19/20-매개변수 pMSSM를 어떻게 제약하는가?
• RQ2 저-정밀도 조정(pMSSM) 모델 중에서 7 및 8 TeV ATLAS 탐색을 통과한 비율은 얼마이며, 14 TeV에서 타당한가?
• RQ3 14 TeV 제트 + MET 탐색은 특히 고pT 레프톤이 없는 모델을 배제하는 데 얼마나 효과적인가?
• RQ4 14 TeV에서 3 ab⁻¹ 루미노사티를 포함함으로써 300 fb⁻¹ 대비 자연스러운 SUSY 모델에 대한 민감도가 얼마나 향상되는가?
• RQ5 NLSP 붕괴 특성(즉각적, 이격된, 투명하거나, 양전하)이 고에너지 LHC 런에서 배제 효율에 미치는 영향은 무엇인가?

주요 결과

• 7 및 8 TeV ATLAS SUSY 탐색 결과를 통합한 후, 중성미자 및 중력보 LSP 세트에서 수백만 개의 모델 중 약 225,000개의 모델만 생존한다.
• 14 TeV 제트 + MET 탐색에서 300 fb⁻¹ 루미노사티를 사용할 경우, 저-정밀도 조정(pMSSM) 모델 서브세트의 97.6%가 배제되어 유일하게 생존하는 모델은 74개에 불과하다.
• 3 ab⁻¹ 루미노사티를 사용할 경우, 배제 비율은 99.9%로 증가하여 생존하는 저-FT 모델 수는 단 3개로 줄어든다.
• 생존하는 몇몇 저-FT 모델들은 매우 무거운 쿼크 및 글루아진을 지니고 있어, 제트 + MET 최종 상태에서 고질량 스케일 민감도에 의해 배제가 이루어지고 있음을 시사한다.
• 고루미노사티 14 TeV LHC는 제트 + MET 채널에서의 고단면적과 배경 억제 효과 덕분에 자연스러운 SUSY를 매우 효과적으로 탐색할 수 있다.
• 거의 모든 저-FT 모델이 배제된다는 것은 14 TeV LHC가 나머지 모델이 적더라도 자연스러운 MSSM 스펙트럼을 종합적으로 탐색할 수 있음을 시사한다.