[论文解读] ATLAS Run 2 searches for electroweak production of supersymmetric particles interpreted within the pMSSM

G. Aad, B. Abbott+2987 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2024

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 1

一句话总结

本文基于ATLAS Run 2数据（√s = 13 TeV，140 fb⁻¹）对电弱过程产生的超对称带电sparticle和中性sparticle施加了约束，结果在19参数的唯象MSSM（pMSSM）框架下进行解释。研究结果表明，Higgs玻色子和Z玻色子的'共振区'——轻量中性ino可能自然满足暗物质丰度的区域——已被几乎完全排除，显著缩小了可行的超对称参数空间。

ABSTRACT

A summary of the constraints from searches performed by the ATLAS collaboration for the electroweak production of charginos and neutralinos is presented. Results from eight separate ATLAS searches are considered, each using 140 fb$^{−1}$ of proton-proton data at a centre-of-mass energy of $ \sqrt{s} $ = 13 TeV collected at the Large Hadron Collider during its second data-taking run. The results are interpreted in the context of the 19-parameter phenomenological minimal supersymmetric standard model, where R-parity conservation is assumed and the lightest supersymmetric particle is assumed to be the lightest neutralino. Constraints from previous electroweak, flavour and dark matter related measurements are also considered. The results are presented in terms of constraints on supersymmetric particle masses and are compared with limits from simplified models. Also shown is the impact of ATLAS searches on parameters such as the dark matter relic density and the spin-dependent and spin-independent scattering cross-sections targeted by direct dark matter detection experiments. The Higgs boson and Z boson ‘funnel regions’, where a low-mass neutralino would not oversaturate the dark matter relic abundance, are almost completely excluded by the considered constraints. Example spectra for non-excluded supersymmetric models with light charginos and neutralinos are also presented.[graphic not available: see fulltext]

研究动机与目标

• 在19参数的唯象MSSM（pMSSM）框架下，解释ATLAS Run 2对电弱过程产生的超对称粒子的搜索结果。
• 评估这些搜索对暗物质丰度、自旋无关和自旋相关散射截面的影响。
• 识别并展示在LHC、味物理和暗物质实验约束下仍可行的轻量带电sparticle和中性sparticle模型。

提出的方法

• 分析ATLAS对电弱过程产生的带电sparticle和中性sparticle的八项独立搜索，基于√s = 13 TeV下140 fb⁻¹的pp碰撞数据。
• 在pMSSM框架内解释结果，假设R-宇称守恒，并将最轻的中性sparticle视为暗物质候选粒子。
• 整合先前电弱、味物理和暗物质实验的约束，以进一步收紧参数空间的限制。
• 将ATLAS的约束与简化模型的限制进行比较，评估在不同质量区域的探测灵敏度。
• 对仍可行的模型评估其暗物质丰度和直接探测截面（自旋无关和自旋相关）。
• 生成具有轻量带电sparticle和中性sparticle的非排除模型的示例谱，以指导未来的搜索。

实验结果

研究问题

• RQ1 在ATLAS Run 2对电弱SUSY产生过程的约束下，pMSSM参数空间的哪些区域仍可行？
• RQ2 ATLAS搜索在多大程度上排除了Higgs和Z玻色子的'共振区'？这些区域原本是轻量中性ino自然满足观测到的暗物质丰度的可能区域。
• RQ3 ATLAS约束与简化模型约束相比，在探测带电sparticle和中性sparticle质量方面灵敏度如何？
• RQ4 这些联合约束对直接暗物质探测实验意味着什么，特别是对自旋无关和自旋相关散射截面的影响？
• RQ5 哪些具有轻量带电sparticle和中性sparticle的模型仍未被排除，可为未来的LHC搜索提供指导？

主要发现

• Higgs玻色子和Z玻色子的'共振区'——即轻量中性ino可自然实现观测到的暗物质丰度的区域——已被ATLAS Run 2与其他测量结果的联合约束几乎完全排除。
• ATLAS Run 2的搜索约束显著缩小了电弱ino的可行参数空间，尤其在质量分裂压缩的区域（Δm(˜χ⁰₁, ˜χ⁰₂) 或 Δm(˜χ⁰₁, ˜χ±₁)）。
• 具有轻量带电sparticle和中性sparticle（低于~500 GeV）的模型仅在pMSSM参数空间的特定区域仍可行，如所展示的示例谱所示。
• ATLAS搜索对自旋无关和自旋相关暗物质散射截面的限制在压缩质量区域与直接探测实验的限制具有可比性。
• LHC、味物理和暗物质实验的联合约束现已排除了pMSSM参数空间的大部分区域，特别是低质量电弱ino区域。
• 本研究通过识别未被排除的、具有轻量带电sparticle和中性sparticle的谱，为未来LHC搜索提供了更新的、基于模型的具体指导。