[论文解读] SUSY Searches in All-Hadronic States with Large MET at the LHC

M. Tytgat|ArXiv.org|Oct 4, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 7

一句话总结

本文利用ATLAS与CMS合作组的LHC数据，对强子末态中具有大缺失横向动量（MET）的超对称（SUSY）搜索进行了全面研究。结果表明，在早期LHC数据中，包含多 jets 与高 MET 的联合信号对低质量SUSY具有强大的发现潜力，两个实验均通过数据驱动的背景估计和MET清洁技术，有效抑制了标准模型背景与仪器效应，在mSUGRA参数空间中实现了相当的5σ发现能力。

ABSTRACT

The CMS and ATLAS search strategy for SUSY in inclusive multijet plus high missing transverse energy final states is reviewed. This canonical SUSY signature may be a viable discovery channel for low mass SUSY in the early phase of the LHC. Methods for Standard Model background estimates, MET studies and filters for instrumental background are presented.

研究动机与目标

• 评估早期LHC中包含多 jets 与高缺失横向动量（MET）末态对超对称（SUSY）的发现潜力。
• 通过数据驱动估计与MET清洁技术，有效减少标准模型背景贡献，特别是QCD多 jets 与顶夸克对产生过程。
• 利用事件级变量如$F_{em}$与$F_{ch}$，提升MET分辨率并减少由束流晕、宇宙射线与探测器噪声等仪器效应引起的虚假MET。
• 开发稳健的事件选择标准，在最大化SUSY信号接受度的同时，有效抑制强子末态中的QCD与轻子背景。
• 基于1 fb⁻¹积分亮度，评估ATLAS与CMS在mSUGRA参数空间中的灵敏度，重点关注强子末态通道。

提出的方法

• 采用数据驱动方法直接从数据中估计标准模型背景，减少对蒙特卡洛模拟的依赖，从而降低系统不确定性。
• 基于喷注电磁成分分数($F_{em}$)与带电成分分数($F_{ch}$)实施MET清洁程序，以抑制束流晕、宇宙射线与电子噪声背景。
• 应用事件选择判据：ATLAS中要求$N_{jet} \geq 4$，$P_T^{j1} > 100$ GeV，$P_T^{j4} > 50$ GeV，$E_T^{miss} > 100$ GeV，无轻子，且横向球形度$S_T > 0.2$；CMS中要求$N_{jet} \geq 3$，$E_T^{j1} > 180$ GeV，$E_T^{j2} > 110$ GeV，$E_T^{j3} > 30$ GeV，$E_T^{miss} > 200$ GeV，且$H_T > 500$ GeV。
• 在CMS中采用间接轻子 veto：要求第一道喷注的$f_{em} < 0.9$，并存在一个非隔离的领先轨迹，以在不显式识别轻子的情况下排除$W$、$Z$与$t\bar{t}$-样事件。
• 通过在重建顶夸克质量分布中使用信号区与边带区，采用边带减法方法对$t\bar{t}$背景进行估计，以建模$E_T^{miss}$形状并将其归一化至数据。

实验结果

研究问题

• RQ1 包含多 jets 与高 MET 的联合末态是否可在早期LHC中作为低质量超对称的可行发现通道？
• RQ2 数据驱动方法在强子末态中对QCD多 jets 与顶夸克对产生等主要标准模型背景的估计效果如何？
• RQ3 基于$F_{em}$与$F_{ch}$的MET清洁技术在多大程度上可有效抑制束流晕与宇宙射线等仪器及非碰撞背景？
• RQ4 在使用1 fb⁻¹数据的强子末态 + 高 MET 通道中，ATLAS与CMS在mSUGRA参数空间中的相对发现能力如何？
• RQ5 在不使用$b$-标签的情况下，对顶夸克对背景进行估计，对强子末态中SUSY搜索的灵敏度有何影响？

主要发现

• 包含多 jets 与高 MET 的联合强子末态在早期LHC数据中对低质量SUSY展现出强大的发现潜力，ATLAS与CMS对低质量SUSY基准点的预测均显示事件数显著超出标准模型背景。
• 对于CMS的LM1基准点（$m(\tilde{g}) \approx 600$ GeV，$m(\tilde{q}) \approx 550$ GeV），在选择后$E_T^{miss}$分布显示出显著的信号超量，数据量为1 fb⁻¹。
• ATLAS在SUSY质量为0.5、1.0与1.5 TeV时也观测到类似的信号超量，表明在强子末态中具有极强的探测灵敏度。
• 在1 fb⁻¹数据下，ATLAS与CMS在mSUGRA $(m_0, m_{1/2})$ 平面中的$5\sigma$发现能力覆盖了$\tan\beta = 10$，$A_0 = 0$，且$\mu > 0$条件下的整个低质量区域，相比其他SUSY搜索通道展现出更优越的灵敏度。
• 通过在顶质量分布中采用边带减法估计$t\bar{t}$背景的方法，成功建模了高$E_T^{miss}$区域的$E_T^{miss}$形状，实现了无需$b$-标签的精确背景减法。
• 采用$F_{em} > 0.1$与$F_{ch} > 0.175$的清洁标准，可有效去除大部分束流晕与宇宙射线背景，同时在CMS的LM1基准点下保留约91%的SUSY信号。