[论文解读] A search for top-squark pair production, in final states containing a top quark, a charm quark and missing transverse momentum, using the 139 fb$^{-1}$ of $pp$ collision data collected by the ATLAS detector

Aad, Georges, Abbott, Braden Keim+2988 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2024

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13 TeV质子-质子对撞中获取的139 fb⁻¹数据，搜索顶夸克对产生最终态中包含一个顶夸克、一个粲夸克和缺失横向动量的守宇激子对产生过程。未观测到显著过量；在顶夸克守宇激子质量高达800 GeV时，对于轻中性ino（˜χ₀₁）情形，在95%置信水平下被排除；在近简并情形下，顶夸克守宇激子质量高达600 GeV被排除，该结果基于在守宇激子扇区中具有非最小味破坏的模型。

ABSTRACT

This paper presents a search for top-squark pair production in final states with a top quark, a charm quark and missing transverse momentum. The data were collected with the ATLAS detector during LHC Run 2 and corresponds to an integrated luminosity of 139fb$^{-1}$ of proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of $\sqrt{s}$ = 13 TeV. The analysis is motivated by an extended Minimal Supersymmetric Standard Model featuring a non-minimal flavour violation in the second- and third-generation squark sector. The top squark in this model has two possible decay modes, either $ ilde{t}_1 ightarrow c ildeχ_1^0$ or $ ilde{t}_1 ightarrow t ildeχ_1^0$, where the $ ildeχ_1^0$ is undetected. The analysis is optimised assuming that both of the decay modes are equally probable, leading to the most likely final state of $tc + E_{ ext{T}}^{ ext{miss}}$. Good agreement is found between the Standard Model expectation and the data in the search regions. Exclusion limits at 95% CL are obtained in the $m( ilde{t}_1)$ vs $m( ildeχ_1^0)$ plane and, in addition, limits on the branching ratio of the $ ilde{t}_1 ightarrow t ildeχ_1^0$ decay as a function of $m( ilde{t}_1)$ are also produced. Top-squark masses of up to 800 GeV are excluded for scenarios with light neutralinos, and top-squark masses up to 600 GeV are excluded in scenarios where the neutralino and the top squark are almost mass degenerate.

研究动机与目标

• 在包含一个顶夸克、一个粲夸克和缺失横向动量的末态中搜索顶夸克守宇激子对产生，动机源于具有非最小味破坏的扩展MSSM模型。
• 探索顶夸克守宇激子（˜t₁）可衰变为顶夸克或粲夸克加最轻中性ino（˜χ₀₁，不可探测）的场景。
• 为˜t₁ → t˜χ₀₁衰变设定依赖于模型和不依赖于模型的顶夸克守宇激子质量与分支比的排除极限。
• 利用先进的粲夸克识别技术，增强对同时包含顶夸克和粲夸克的末态的探测灵敏度。

提出的方法

• 本分析使用了LHC Run 2期间ATLAS探测器收集的139 fb⁻¹质子-质子对撞数据，能量为√s = 13 TeV。
• 事件重建聚焦于顶夸克的强子衰变和通过先进粲夸克识别算法识别的粲夸克。
• 搜索目标为包含一个顶夸克、一个粲夸克和缺失横向动量（ETmiss）的末态，对应于主导信号模式˜t₁˜t₁ → t c + ETmiss。
• 通过控制区域和基于模拟的修正方法，评估关键物理对象（包括喷注、轻子和缺失横向动量）的系统不确定性。
• 采用轮廓似然拟合方法，提取信号强度和分支比的依赖于模型和不依赖于模型的极限。
• 本分析假设˜t₁ → c˜χ₀₁与˜t₁ → t˜χ₀₁的分支比相等，以优化对t+c+ETmiss末态的探测灵敏度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在包含一个顶夸克、一个粲夸克和缺失横向动量的末态中，顶夸克守宇激子对产生的排除极限是什么？
• RQ2 在守宇激子扇区中，非最小味破坏如何影响顶夸克守宇激子的衰变分支比？
• RQ3 ATLAS实验在最轻中性ino为轻量或近乎简并的场景下，对顶夸克守宇激子质量的探测灵敏度如何？
• RQ4 粲夸克识别技术在多大程度上可提升对涉及顶夸克守宇激子的压缩SUSY场景的发现潜力？
• RQ5 作为顶夸克守宇激子质量的函数，˜t₁ → t˜χ₀₁的分支比受到何种约束？

主要发现

• 在所有搜索区域中，未观测到显著超过标准模型背景的过量，表明与标准模型预测一致。
• 在最轻中性ino质量m(˜χ₀₁) ≈ 0 GeV的轻中性ino情形下，顶夸克守宇激子质量高达800 GeV在95%置信水平下被排除。
• 在顶夸克守宇激子与中性ino近乎质量简并的场景下，顶夸克守宇激子质量高达600 GeV在95%置信水平下被排除。
• 已推导出˜t₁ → t˜χ₀₁分支比作为m(˜t₁)函数的排除极限，最强约束出现在500–800 GeV范围内。
• 本分析证明了粲夸克识别技术在探测涉及第三代和第二代夸克的顶夸克守宇激子衰变中的可行性。
• 本结果是LHC上首次专门针对包含一个顶夸克、一个粲夸克和缺失横向动量的末态中顶夸克守宇激子对产生的搜索。