[论文解读] Has SUSY Gone Undetected in 9-jet Events? A Ten-Fold Enhancement in the LHC Signal Efficiency

Tianjun Li, James A. Maxin+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 25, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 61被引用 20

一句话总结

本文提出，在No-Scale $Φ$-$SU(5)$模型中，超对称（SUSY）可能因搜索策略不够优化而在LHC中未被探测到。研究证明，通过针对极高喷注多重性（例如9个喷注事例）设计特定的选择性截断，可使信号可见度提高十倍。该研究首次建立了此类模型类的排除界限，显示LSP质量≥92 GeV、胶球子质量≥658 GeV的参数空间仍具可行性，同时解释了观测到的CMS过量现象。

ABSTRACT

On the heels of the first analysis of LHC data eclipsing the inverse femtobarn integrated luminosity milestone, we undertake a detailed comparison of the most recent experimental results with Monte Carlo simulation of the full "bare-minimally constrained" parameter space of the class of supersymmetric models which go by the name of No-Scale FSU5. We establish the first sparticle exclusion boundaries on these models, finding that the LSP mass should be at least about 92 GeV, with a corresponding boundary gaugino mass M_1/2 above about 485 GeV. In contrast to the higher mass constraints established for the CMSSM, we find the minimum exclusion boundary on the FSU5 gluino and heavy squark masses resides in the range of 658-674 GeV and 854-1088 GeV, respectively, with a minimum light stop squark mass of about 520 GeV. Moreover, we show that elements of the surviving parameter space not only escape the onslaught of LHC data which is currently decimating the standard mSUGRA/CMSSM benchmarks, but are further able to efficiently explain certain tantalizing production excesses over the SM background which have been reported by the CMS collaboration. We also extend this study comparatively to five distinct collider energies and four specific cut methodologies, including a proposed set of selection cuts designed to reveal the natural ultra-high jet multiplicity signal associated with the stable mass hierarchy m_t < m_g < m_q of the FSU5 models. By so doing, we demonstrate that a rather stable enhancement in model visibility, conservatively of order ten, may be attained by adoption of these cuts, which is sufficient for an immediate and definitive testing of a majority of the model space using only the existing LHC data set. We stress the point that habits established in lower jet multiplicity searches do not necessarily carry over into the ultra-high jet multiplicity search regime.

研究动机与目标

• 基于LHC前1.1 fb⁻¹的数据，重新评估No-Scale $Φ$-$SU(5)$超对称模型的可行性。
• 解决基于mSUGRA/CMSSM的常规搜索策略未能探测到该模型的问题，尽管该模型具有自然性且微调程度低。
• 识别并验证一组新的选择性截断，以最大化此类模型在极高喷注多重性事例中的信号可见度。
• 证明利用这些优化后的截断，现有LHC数据可明确检验No-Scale $Φ$-$SU(5)$模型的大部分参数空间。

提出的方法

• 对LHC实验数据（1.1 fb⁻¹）与No-Scale $Φ$-$SU(5)$模型完整裸最小约束参数空间的蒙特卡罗模拟进行了详细对比。
• 采用与2011年CMS分析中相同的数据选择方法，以确保一致性和可直接比较性。
• 设计并测试了一组针对稳定质量层次 $m_{\tilde{t}} < m_{\tilde{g}} < m_{\tilde{q}}$ 优化的运动学选择截断，该层次有利于产生高喷注多重性（如9个喷注）末态。
• 在四种不同对撞能量和四种截断策略下评估了信号增强因子，包括所提出的高多重性喷注截断。
• 以观测到的CMS在SM背景之上产生的过量作为基准，测试模型兼容性。
• 通过有限的背景模拟结合实际LHC观测对分析进行校准，以确保现实性。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管No-Scale $Φ$-$SU(5)$模型是可行的自然SUSY框架，它是否仍能避开当前LHC的排除限制？
• RQ2 通过优化选择截断，能否在高喷注多重性末态中显著提升信号可见度？
• RQ3 观测到的CMS在9个喷注事例中的过量是否与No-Scale $Φ$-$SU(5)$模型中的可行参数空间相关？
• RQ4 No-Scale $Φ$-$SU(5)$模型的排除界限与CMSSM和mSUGRA相比如何？
• RQ5 基于mSUGRA/CMSSM的常规搜索策略是否从根本上不适用于探测某些可行的SUSY模型？

主要发现

• 首次建立了No-Scale $Φ$-$SU(5)$模型的排除边界，其中LSP质量被限制在至少92 GeV，且杂色胶粒质量 $M_{1/2}$ 超过485 GeV。
• 可行参数空间中胶球子质量的最小值范围为658至674 GeV，而重希格斯夸克质量的最小值范围为854至1088 GeV。
• 在幸存参数空间中，轻顶超夸克质量的最小边界约为520 GeV。
• 通过采用所提出的高多重性喷注截断，可实现十倍的信号可见度提升，且该提升在不同LHC能量和模型点上均保持稳定。
• No-Scale $Φ$-$SU(5)$模型的可行参数空间不仅避开了当前LHC的排除限制，还能有效解释CMS报告的SM背景之上过量的产生。
• 本研究证明，基于较低喷注多重性的常规搜索策略不足以探测该模型，且此类搜索的习惯无法适用于极高喷注多重性区域。