[论文解读] LHC results and prospects: Beyond Standard Model

D. Teyssier|arXiv (Cornell University)|Apr 29, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用 4

一句话总结

本文总结了大型强子对撞机（LHC）ATLAS与CMS合作组基于7 TeV和8 TeV数据的最新实验结果及对标准模型之外物理（BSM）的未来展望。研究给出了对超对称粒子、重规范玻色子、额外维度、复合性以及暗物质的排除限界，其中胶微子质量的探测上限达到1.3 TeV，Z′玻色子质量超过2.9 TeV；未来高亮度LHC数据（3000 fb⁻¹）将进一步提升探测灵敏度。

ABSTRACT

We present the results and prospects for searches beyond the Standard Model (SM) at the LHC by the ATLAS and CMS collaborations. The minimal supersymmetric extension of the SM has been investigated in various configurations and lower limits are set on the s-particle masses. The searches for other scenarios of physics beyond the SM are also presented and lower limits on the mass scale are derived in a large variety of models (new heavy gauge bosons, extra-dimensions, compositeness or dark matter). The prospects for physics using 300 /fb and 3000 /fb of data at the high luminosity LHC are also shown.

研究动机与目标

• 总结大型强子对撞机（LHC）ATLAS与CMS合作组在标准模型之外物理（BSM）方面的最新实验结果。
• 对多种BSM情景（包括超对称、重规范玻色子、额外维度、复合性以及暗物质）设定排除限界。
• 评估当前及未来LHC数据（最高达3000 fb⁻¹）对标准模型之外新物理的探测灵敏度。
• 全面概述无模型依赖及简化模型对新共振态与异常产额的搜索。

提出的方法

• 利用LHC在7 TeV和8 TeV质子-质子碰撞数据，ATLAS与CMS的积分亮度分别为5 fb⁻¹和21 fb⁻¹。
• 采用蒙特卡洛模拟与数据驱动方法估算BSM搜索中标准模型背景。
• 使用简化模型谱（SMS）解释超对称信号，重点关注胶微子衰变为顶夸克与中性子的主导级联衰变图景。
• 通过多变量与运动学分析，对二轻子、二胶子及多轻子末态中的共振态设定排除限界。
• 开展无模型依赖的异常多轻子与顶-反顶态产额搜索，以在不假设特定模型的前提下约束新物理。
• 结合ATLAS与CMS结果，对WIMP暗物质、Z′玻色子及隐形希格斯玻色子衰变设定稳健限界。

实验结果

研究问题

• RQ1 在R-奇偶性守恒的超对称框架下，当前对胶微子与 squark 质量的排除限界是多少？
• RQ2 LHC结果如何限制新重规范玻色子（Z′）及额外维度中共振态的存在？
• RQ3 基于二胶子与二轻子末态，对复合性及激发夸克或轻子的探测灵敏度限界如何？
• RQ4 对异常多轻子与顶-反顶态产额的包容性、无模型依赖搜索如何约束新物理？
• RQ5 高亮度LHC（3000 fb⁻¹）对发现标准模型之外新物理的预期灵敏度如何？

主要发现

• 在CMS实验中，利用7 TeV与8 TeV数据联合分析，胶微子质量在95%置信水平下被排除至1.3 TeV。
• 在R-奇偶性守恒的简化模型框架下，squark质量被探测至约700 GeV。
• 在ATLAS中利用二轻子末态，基于顺序SM模型，对Z′玻色子质量设下限为2.9 TeV。
• 在CMS中，二胶子共振态搜索对额外维度与激发夸克情境下的新物理质量尺度设下限为5.1 TeV。
• 在CMS中，对Z′玻色子衰变为顶-反顶对的产额截面乘以分支比设定限界为2.1 TeV。
• 对隐形希格斯玻色子衰变的搜索在95%置信水平下设定了分支比上限为13%，与WIMP暗物质约束一致。