[论文解读] Search for new phenomena in final states with photons, jets and missing transverse momentum in $pp$ collisions at $\sqrt{s} = 13$ TeV with the ATLAS detector

G. Aad, Abbott, Braden Keim+2938 more|arXiv (Cornell University)|Jun 13, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 1

一句话总结

本研究利用ATLAS探测器在√s = 13 TeV下收集的139 fb⁻¹数据，搜索质子-质子碰撞中新的物理现象，重点关注包含高横动量光子、喷注和缺失横向动量的末态。未观测到与标准模型的显著偏离；可见截面的上限超过0.022 fb，且在简化规范介导超对称性模型中，95%置信水平下排除了高达2200 GeV的胶微子质量。

ABSTRACT

A search for new phenomena has been performed in final states with at least one isolated high-momentum photon, jets and missing transverse momentum in proton--proton collisions at a centre-of-mass energy of $\sqrt{s} = 13$ TeV. The data, collected by the ATLAS experiment at the CERN LHC, correspond to an integrated luminosity of 139 $fb^{-1}$. The experimental results are interpreted in a supersymmetric model in which pair-produced gluinos decay into neutralinos, which in turn decay into a gravitino, at least one photon, and jets. No significant deviations from the predictions of the Standard Model are observed. Upper limits are set on the visible cross section due to physics beyond the Standard Model, and lower limits are set on the masses of the gluinos and neutralinos, all at 95% confidence level. Visible cross sections greater than 0.022 fb are excluded and pair-produced gluinos with masses up to 2200 GeV are excluded for most of the NLSP masses investigated.

研究动机与目标

• 在√s = 13 TeV的质子-质子碰撞中，搜索包含高横动量光子、喷注和大缺失横向动量的末态中新的物理现象。
• 测试规范介导超对称性破缺（GGM）的简化模型，其中胶微子通过中性子衰变为光子和引力子。
• 利用139 fb⁻¹的Run-2大数据集，为标准模型之外的新物理设定排除极限。
• 通过优化信号区域和改进探测对象重建与背景估计，提升灵敏度。

提出的方法

• 利用LHC在2015–2018年期间由ATLAS探测器收集的139 fb⁻¹质子-质子碰撞数据。
• 应用事件选择标准，针对包含至少一个孤立的高pT光子、多个喷注和显著缺失横向动量（EmissT）的末态。
• 采用模型无关的方法，避免特定理论假设带来的偏差，聚焦于运动学和拓扑特征。
• 使用先进的光子、喷注和EmissT重建技术，包括校准和分辨率修正。
• 利用数据驱动方法和模拟估算标准模型背景，并在控制区域中进行验证。
• 在简化GGM模型中解释结果，其中胶微子成对产生并衰变为中性子，后者进一步衰变为引力子、光子和喷注。

实验结果

研究问题

• RQ1 在包含光子、喷注和缺失横向动量的末态中，新物理的可见截面的极限是什么？
• RQ2 在具有引力子作为轻子超对称粒子（LSP）的GGM模型中，成对产生胶微子和中性子的最低质量极限是多少？
• RQ3 与以往使用较小数据集的搜索相比，包含更大数据集（139 fb⁻¹）如何提升对新物理的灵敏度？
• RQ4 ATLAS实验在排除特定超对称模型（其中中性子次轻粒子NLSP衰变为光子和引力子）方面具有多大的探测能力？
• RQ5 优化的信号区域和改进的背景估计如何增强新物理的发现潜力？

主要发现

• 在包含光子、喷注和缺失横向动量的末态中搜索新物理时，未观测到与标准模型预测的显著偏离。
• 在95%置信水平下，新物理导致的可见截面被排除在0.022 fb以上。
• 对于大多数次轻超对称粒子（NLSP）质量值，质量高达2200 GeV的成对产生胶微子被排除。
• 与以往使用较小数据集的搜索相比，胶微子质量的排除极限显著提高。
• 本分析为具有中性子NLSP衰变为光子和引力子的GGM模型设定了迄今最严格的约束。
• 结果与标准模型一致，并为具有引力子LSP的超对称模型提供了强有力的约束。