[논문 리뷰] Profumo di SUSY: Suggestive Correlations in the ATLAS and CMS High Jet Multiplicity Data

Tianjun Li, James A. Maxin외 2명|arXiv (Cornell University)|2011. 11. 17.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 48인용 수 14

한 줄 요약

논문은 LHC의 ATLAS 및 CMS 실험에서 높은 제트 다중도 신호, 특히 아홉 개 이상의 제트를 포함한 다중제트 사건을 통해 초대칭 사건을 이미 탐지하고 있을 수 있다고 제안한다. 정밀 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 No-Scale $Φ$-$SU(5)$ 모델의 가우지노 질량 $M_{1/2} \approx$ 518 GeV를 고려할 때, 시뮬레이션된 신호와 관측된 데이터 사이에 강한 상관관계를 발견하여, 5 fb$^{-1}$ 루미노사티가 도달할 경우 잠재적 발견 임계점이 존재할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We present persistently amassing evidence that the CMS and ATLAS Collaborations may indeed be already registering supersymmetry events at the Large Hadron Collider (LHC). Our analysis is performed in the context of a highly phenomenologically favorable model named No-Scale F-SU(5), which represents the unification of the F-lipped SU(5) Grand Unified Theory (GUT), two pairs of hypothetical TeV-scale vector-like supersymmetric multiplets derived out of F-Theory, and the dynamically established boundary conditions of No-Scale supergravity. We document highly suggestive correlations between the first inverse femtobarn of observations by CMS and ATLAS, where seductive excesses in multijet events, particularly those with nine or more jets, are unambiguously accounted for by a precision Monte-Carlo simulation of the F-SU(5) model space. This intimate correspondence is optimized by a unified gaugino mass in the neighborhood of M_{1/2}=518 GeV. We supplement this analysis by extrapolating for the expected data profile to be realized with five inverse femtobarns of integrated luminosity, as expected to be observed at the LHC by the conclusion of 2011. Significantly, we find that this luminosity may be sufficient to constitute a SUSY discovery for the favored benchmark spectrum. Indeed, the winds wafting our way from Geneva may already be heavy with the delicate perfume of Supersymmetry.

연구 동기 및 목표

• ATLAS 및 CMS 데이터에서 관측된 고제트 다중도 사건이 초대칭의 증거일 수 있는지 조사하기 위해.
• 특히 다중제트 최종 상태의 맥락에서 LHC의 첫 데이터와 No-Scale $Φ$-$SU(5)$ 모델의 일관성을 테스트하기 위해.
• 모델의 예측이 CMS 및 ATLAS 데이터 양쪽 모두와 일치하는지, 특히 $M_{1/2} \approx$ 518 GeV의 '황금' 하위공간에서 일치하는지 확인하기 위해.
• 5 fb$^{-1}$ 루미노사티에서의 기대 신호 강도를 추정하여, 다중제트 채널에서 5$σ$ 발견 가능성을 평가하기 위해.
• 상향식 동역학적 경계 조건과 하향식 실험적 제약 조건을 통합하여, 다양한 정밀 측정에 걸쳐 모델의 타당성을 검증하기 위해.

제안 방법

• F-이론 유도 벡터-형 다중체와 No-Scale 초구성 중력 경계 조건을 포함한 No-Scale $Φ$-$SU(5)$ 모델의 정밀 몬테카를로 시뮬레이션 수행.
• ATLAS 및 CMS에서 사용된 동일한 제트 선별 기준을 적용하여 시뮬레이션된 초대칭 사건과 관측된 고제트 다중도 데이터를 비교.
• ATLAS 분석에서 핵심 분류 기준으로 사용된 $H_{\rm T}^{\rm miss}/\sqrt{H_{\rm T}}$ 통계량을 사용하며, 그들의 여섯 구간 분할 전략을 그대로 따름.
• 측정된 톰 쿼크 질량, 전자약 대칭 붕괴, WMAP7 암흑물질 밀도, LEP 힉스 한계 등 제약 조건을 사용하여 모델 校정.
• 허스 퍼텐셜 최소화를 통한 동적 가우지노 질량 $M_{1/2}$ 결정으로, 최적 값으로 $M_{1/2} \approx$ 518 GeV 도출.
• 선호되는 $M_{1/2}$ = 518 GeV 벤치마크를 사용하여 5 fb$^{-1}$ 루미노사티로의 신호 기대치를 외삽하고, CMS 및 ATLAS의 신호 유의도 수준 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ATLAS 및 CMS 데이터에서 관측된 고제트 다중도 사건이 No-Scale $Φ$-$SU(5)$ 초대칭 모델의 예측과 통계적으로 유의미한 상관관계를 보이는가?
• RQ2 ATLAS 및 CMS 다중제트 탐색에서 관측된 데이터를 가장 잘 재현하는 가우지노 질량 $M_{1/2}$의 특정 값이 존재하는가?
• RQ3 No-Scale $Φ$-$SU(5)$ 모델이 동시에 정밀 전자약, 힉스 질량, 암흑물질, 프레임워크 물리 제약 조건을 충족하면서도 충돌기 데이터와 일치하는가?
• RQ4 통합 루미노사티 5 fb$^{-1}$에서 이 모델의 발견 가능성은 신호 유의도 측면에서 어떻게 평가되는가?
• RQ5 두 개의 독립된 실험(ATLAS 및 CMS)에서 유사한 결과가 도출되었을 때, 현재 데이터에서 진정한 초대칭 신호의 가능성이 강화되는가?

주요 결과

• $M_{1/2} \approx$ 518 GeV를 가진 No-Scale $Φ$-$SU(5)$ 모델은 아홉 개 이상의 제트를 포함한 사건에서 ATLAS 및 CMS 고제트 다중도 데이터와 매우 강력한 상관관계를 보이며, 특히 이 경우에 유의미한 신호를 제공한다.
• 모델이 예측하는 힉스 보손 질량 $120^{+3.5}_{-1}$ GeV는 CMS, ATLAS, CDF, DØ의 좁아지는 배제 한계와 일치하며, 잠재적인 저통계 초과와도 부합한다.
• 정밀 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 $M_{1/2}$ = 500–600 GeV 하위공간이 ATLAS 및 CMS 데이터 양쪽 모두에 대해 두 표준편차 이내에서 최적의 피팅을 제공함을 입증한다.
• 5 fb$^{-1}$ 루미노사티에서 모델은 아홉 개 이상의 제트를 포함한 CMS 다중제트 채널에서 다섯 표준편차의 신호를 예측하여, 발견 임계점에 도달함을 시사한다.
• ATLAS의 경우, $p_{T} > 80$ GeV 및 $H_{\rm T}^{\rm miss}/\sqrt{H_{\rm T}} \geq 3.5$ 분할에서 네 표준편차의 신호를 예측하여 강력한 발견 가능성을 보여준다.
• 두 개의 독립된 실험에서의 결과가 일치하고, 다양한 정밀 측정에 걸쳐 일관성이 유지됨으로써, LHC가 이미 초대칭 신호를 탐지하고 있을 수 있음을 시사한다.