[論文レビュー] Search for electroweak production of charginos and neutralinos at $\sqrt{s}$ = 13 TeV in final states containing hadronic decays of WW, WZ, or WH and missing transverse momentum

Tumasyan, Armen, Adam, Wolfgang+2329 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、CMSが収集した137 fb⁻¹のデータを用いて、√s = 13 TeVの陽子-陽子衝突において、電弱的生成のチャンジノとニュートラリノを探索する。最終状態はハドロン的に崩壊するW、Z、ヒッグスボソンと大きな欠落運動量を含む。有意な過剰は観測されず、95%信頼水準において、ウィノ様の粒子はχ̃⁰₂ → Zχ̃⁰₁の場合に870 GeVまで、χ̃⁰₂ → Hχ̃⁰₁の場合に960 GeVまでが除外される。ヒッグスィノ様の粒子は300〜650 GeVの範囲で除外される。

ABSTRACT

This Letter presents a search for direct production of charginos and neutralinos via electroweak interactions. The results are based on data from proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV collected with the CMS detector at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 137 fb$^{-1}$. The search considers final states with large missing transverse momentum and pairs of hadronically decaying bosons WW, WZ, and WH, where H is the Higgs boson. These bosons are identified using novel algorithms. No significant excess of events is observed relative to the expectations from the standard model. Limits at the 95% confidence level are placed on the cross section for production of mass-degenerate wino-like supersymmetric particles $ ilde{\chi}_1^\pm$ and $ ilde{\chi}_2^0$, and mass-degenerate higgsino-like supersymmetric particles $ ilde{\chi}_1^\pm$, $ ilde{\chi}_2^0$, and $ ilde{\chi}_3^0$. In the limit of a nearly-massless lightest supersymmetric particle $ ilde{\chi}_1^0$, wino-like particles with masses up to 870 and 960 GeV are excluded in the cases of $ ilde{\chi}_2^0 o$Z$ ilde{\chi}_1^0$ and $ ilde{\chi}_2^0 o$H$ ilde{\chi}_1^0$, respectively, and higgsino-like particles are excluded between 300 and 650 GeV.

研究の動機と目的

• W、Z、ヒッグスボソンのハドロン的崩壊を伴う最終状態において、超対称性のチャンジノとニュートラリノの直接的電弱的生成を探索すること。
• 大きな欠落運動量を伴う完全にハドロン的であるがゆえの署名において、ウィノ様およびヒッグスィノ様の超対称性粒子を探査すること。
• レプトンを含まない状況において感度を向上させるために、高度なジェットの部分構造と機械学習技術を用いること。
• R対称性保存の仮定と最軽いニュートラリノの安定性を前提として、超対称性粒子の質量に対する新たな除外限界を設定すること。

提案手法

• CMS検出器が収集した√s = 13 TeVの陽子-陽子衝突データ137 fb⁻¹を用いる。
• 大径のジェットがハドロン的に崩壊するW、Z、ヒッグスボソン由来であることを特定するための新規機械学習アルゴリズムを採用する。
• ソフトドロップアルゴリズムを含むジェットの部分構造技術を用いて、ブーストされたボソンを再構築する。
• 積層の抑制と粒子フロー再構築を実施し、対象の識別を向上させる。
• 制御領域とシミュレーションに基づく補正を用いて、標準模型の背景を高精度でモデル化する。
• 運動量選択を施した信号領域解析を実施し、チャンジノ-ニュートラリノ生成と整合するイベントを隔離する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 13 TeVにおけるハドロン的W、Z、Hの崩壊を伴う電弱的生成において、ウィノ様のチャンジノとニュートラリノの除外限界は何か？
• RQ2 大きな欠落運動量を伴う完全にハドロン的最終状態において、ヒッグスィノ様の超対称性粒子はどの程度まで制約されるか？
• RQ3 高多重度・高背景環境下におけるブーストされたベクトルボソンの特定に、機械学習ベースのジェット再構築技術はどの程度効果的か？
• RQ4 電弱的SUSY生成のレプトンベースの探索と比較して、本完全ハドロン探索の感度向上はどの程度か？
• RQ5 結果は、ほぼ質量がゼロの最軽いニュートラリノを有する自然な超対称性のパrameter空間をどの程度まで制約するか？

主な発見

• どの信号領域においても、標準模型の背景予想値を上回る有意な過剰イベントは観測されなかった。
• 95%信頼水準において、χ̃⁰₂ → Zχ̃⁰₁の場合、ウィノ様のチャンジノとニュートラリノは870 GeVまでの質量で除外される。
• 同じチャンネルにおいて、ウィノ様の粒子はχ̃⁰₂ → Hχ̃⁰₁の場合に960 GeVまでが除外される。
• ヒッグスィノ様のチャンジノとニュートラリノは300〜650 GeVの質量範囲で除外される。
• 本探索は、欠落運動量を伴う完全にハドロン的最終状態における超対称性粒子の電弱的生成について、これまでで最も厳しい限界を設定した。
• 結果は標準模型と整合しており、安定な最軽いニュートラリノを有する自然な超対称性のパrameter空間の広い領域を除外した。