[论文解读] A Multi-Axis Best Fit to the Collider Supersymmetry Search: The Aroma of Stops and Gluinos at the \sqrt{s} = 7 TeV LHC

Tianjun Li, James A. Maxin+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 8, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 42被引用 11

一句话总结

该论文提出，无尺度 $φ$-SU(5) 超对称模型可解释在 $√s = 7$ TeV 下多 jets 和多轻子 LHC 搜索中的细微过剩，通过在七个 CMS 和 ATLAS 搜索策略中进行多轴 $χ^2$ 拟合。最佳拟合区域位于 $M_{1/2} \approx 610$ GeV，对应顶夸克奇异数和胶球子质量分别为 ~665 GeV 和 ~830 GeV，同时预测了 125 GeV 的希格斯玻色子，并符合多项精确约束。

ABSTRACT

In Profumo di SUSY, we presented evidence that CMS&ATLAS may have already registered a handful of deftly camouflaged supersymmetry events at the LHC in the multijet channels. Here, we explore the prospect for corroboration of this suggestion from 5 additional CMS&ATLAS search strategies targeting the production of light stops & gluinos at lower jet counts, which variously depend on heavy flavor tagging and the inclusion or exclusion of associated leptons. The current operating phase of the 7TeV LHC is highly conducive to the production of gluinos & light stops, given the supersymmetric particle mass hierarchy M_t_1

研究动机与目标

• 检验多个 LHC SUSY 搜索中观察到的细微过剩（尤其是多 jets 和多轻子末态）是否源自同一潜在物理信号。
• 评估无尺度 $φ$-SU(5) 超对称模型作为统一解释这些过剩的可行性，尤其关注其独特的质量谱 $M(\tilde{t}_1) < M(\tilde{g}) < M(\tilde{q})$。
• 确定在不同搜索通道中 SM 背景预测与数据之间的张力是否具有统计显著性且相互关联，而非随机涨落。
• 评估该模型是否能同时满足 125 GeV 希格斯玻色子质量、精确电弱约束以及 LHC 排除极限。

提出的方法

• 在七个独立的 CMS 和 ATLAS 搜索策略中应用多轴 $\chi^2$ 拟合程序，这些策略针对轻量级顶夸克奇异数和胶球子，结合了不同喷射数、 b 夸克喷射标记以及轻子包含/排除的情况。
• 分析使用了无尺度 $\cal{F}$-SU(5) 模型的模拟对撞响应，通过扫描 $M_{1/2}$ 参数，以在所有通道中找到与观测数据的最佳拟合。
• 采用 $\chi^2_{N}$ 检验评估拟合的统计显著性，在最佳拟合点处累积分布函数为 5.5%，表明整体拟合具有强一致性。
• 通过将模型预测与味改变中性流、μ子反常磁矩、WMAP7 宇宙残留密度以及辐射电弱对称性自发破缺的约束进行比较，评估了该模型的物理可行性。
• 通过向量型翻滚子多重态的圈图贡献评估了该模型生成 125 GeV 希格斯质量的能力，结果与 CMS 和 ATLAS 数据一致。
• 计算了所有七个搜索策略中允许的超对称事例产生区域的 1-$\sigma$ 重叠，以识别参数空间中的“发现区域”。

实验结果

研究问题

• RQ1 多个 LHC SUSY 搜索通道中观察到的低统计量过剩是否可由单一潜在物理模型解释，而非统计涨落？
• RQ2 无尺度 $\cal{F}$-SU(5) 模型是否因其特定的质量谱而产生与 $\sqrt{s} = 7$ TeV 下多 jets 和多轻子末态中观察到的过剩一致的对撞机信号？
• RQ3 在七个独立搜索策略中，模拟 $\cal{F}$-SU(5) 响应与观测数据之间的相关性的统计显著性如何？
• RQ4 无尺度 $\cal{F}$-SU(5) 模型是否能同时解释 125 GeV 希格斯玻色子质量以及对顶夸克奇异数和胶球子的严格 LHC 排除极限？
• RQ5 在 $M_{1/2}$ 参数空间中是否存在一个区域，使得该模型在 1-$\sigma$ 不确定性范围内同时拟合全部七个搜索策略？若存在，对应的顶夸克奇异数和胶球子质量是多少？

主要发现

• 七个 LHC 搜索策略的最佳整体拟合位于 $M_{1/2} = 610$ GeV，$\chi^2_{N}$ 累积分布函数为 5.5%，表明具有强统计相容性。
• 所有七个搜索策略的 1-$\sigma$ 重叠确定了 $M_{1/2}$ 的“发现区域”为 565 GeV 至 710 GeV，对应顶夸克奇异数质量约为 615–785 GeV，胶球子质量约为 770–970 GeV。
• 无尺度 $\cal{F}$-SU(5) 模型通过向量型翻滚子多重态的圈图贡献，成功预测了 125 GeV 希格斯玻色子质量，与 CMS 和 ATLAS 观测结果一致。
• 尽管模型结构简单，其预测与精确约束（包括 μ 子反常磁矩、味改变中性流以及 WMAP7 宇宙残留密度）具有良好一致性。
• 即使在严格的 LHC 约束下，该模型依然具有物理可行性，因其自然地产生轻量级顶夸克奇异数和胶球子，并具有层级质量谱，从而增强在多 jets 末态中的可观测性。
• 该研究表明，当前 $5~{\rm fb}^{-1}$ 的积分亮度可能已足够确认或排除早期 LHC 数据中顶夸克奇异数和胶球子的细微‘风味’信号。