[论文解读] A Closer Look at the 2011 cMSSM Results from CMS

S. Mrenna|arXiv (Cornell University)|Oct 18, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用 3

一句话总结

本文在约束最小超对称标准模型（cMSSM）框架下分析了2011年CMS对超对称性的搜索结果，识别出标夸克-标夸克和标夸克-胶微子对产生是当前排除极限的主要驱动力。研究揭示，$m_0$-$m_{1/2}$平面上的排除轮廓由标夸克与胶微子质量之间的相互作用决定，其中无论胶微子质量如何，$M_{\tilde{q}} < 1$ TeV 均被排除；而当$M_{\tilde{q}} < 1.1$ TeV时，$M_{\tilde{g}} < 1$ TeV 才被排除。研究进一步提出了新的简化模型，以更好地捕捉这些主导信号。

ABSTRACT

We present a phenomenological appraisal of the results of several searches for Supersymmetry (SUSY) performed at the LHC by the CMS collaboration and interpreted in the context of the cMSSM. Part of the analysis focuses on which SUSY production processes are being probed. We observe that much of the current exclusion region is dominated by squark-squark and squark-gluino production, and explain the shape of the exclusion curves. Based on this analysis and an estimation of future reach, additional simplified models are suggested. Other phenomenological details are discussed, such as the effect of radiation on acceptance.

研究动机与目标

• 理解2011年CMS数据中，cMSSM参数空间内哪些超对称产生过程主导了当前的排除极限。
• 解释$m_0$-$m_{1/2}$平面上排除曲线的形状，特别是从标夸克质量主导到胶微子质量主导的过渡机制。
• 评估初态辐射与轻子屏蔽对强子型SUSY搜索中事件选择效率的影响。
• 提出能更好反映cMSSM解释中主导产生模式的新简化模型。
• 评估不同超粒子衰变模式与谱型下，轻子型与强子型搜索对灵敏度的影响。

提出的方法

• 将cMSSM参数空间映射为简化模型谱（SMS），以隔离主导的产生过程。
• 在$tan\beta=10$，$A_0=0$，$\text{sgn}(\mu)>0$条件下，计算$m_0$-$m_{1/2}$平面上各类SUSY对产生过程（如$\tilde{q}\tilde{q}$，$\tilde{q}\tilde{g}$，$\tilde{g}\tilde{g}$）的贡献比例。
• 使用Pythia6进行蒙特卡洛模拟，以建模超粒子产生、衰变及部分子喷注辐射，喷注重建采用FastJet方法。
• 通过应用CMS类切割（如Jets+mHT，$\alpha_T$，轻子屏蔽）并利用蒙特卡洛真实信息，评估事件选择效率。
• 通过比较有无初态辐射（ISR）效应下信号区域的事件率，量化ISR的作用。
• 在排除图上叠加物理质量（$M_{\tilde{q}}$，$M_{\tilde{g}}$）的等高线图，以关联排除极限与物理质量。

实验结果

研究问题

• RQ1 在2011年CMS数据的cMSSM中，哪些SUSY产生过程——如标夸克-标夸克、标夸克-胶微子、胶微子对产生等——主导了排除极限？
• RQ2 为何$m_0$-$m_{1/2}$平面上的排除轮廓在低$m_0$时呈现半圆形，而在高$m_0$时趋于平坦？
• RQ3 初态辐射如何影响Jets+mHT与$\alpha_T$分析中SUSY信号的接受度？
• RQ4 当前CMS的轻子型搜索在多大程度上探测到了与强子型搜索相同的参数空间区域？
• RQ5 未来搜索中应优先考虑哪些简化模型拓扑结构，以更好地反映cMSSM中的主导产生过程？

主要发现

• 在$tan\beta=10$，$A_0=0$，$\text{sgn}(\mu)>0$条件下，标夸克-标夸克与标夸克-胶微子对产生是cMSSM中当前排除极限的主要贡献者，尤其在$m_0$-$m_{1/2}$平面上。
• 排除曲线在低$m_0 < 1$ TeV时遵循固定标夸克质量（$M_{\tilde{q}}$）的轨迹，在高$m_0$时遵循固定胶微子质量（$M_{\tilde{g}}$）的轨迹，这解释了观察到的排除区域形状。
• 无论胶微子质量如何，标夸克质量低于1 TeV的区域均被排除；而胶微子质量低于1 TeV的区域仅在标夸克质量低于1.1 TeV时被排除。
• Jets+mHT与$\alpha_T$分析对$\tilde{q}\tilde{q}$与$\tilde{q}\tilde{g}$产生的敏感度最高，两者选择区域之间存在20%至50%的显著重叠。
• 轻子屏蔽在某些区域将事件接受度降低高达50%，尤其影响轻子末态。
• 初态辐射对信号接受度的影响大于末态辐射，除非胶微子质量低于300–400 GeV。