[论文解读] LHC searches examined via the RPV MSSM

Jared A. Evans, Yevgeny Kats|arXiv (Cornell University)|Nov 4, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 9被引用 7

一句话总结

本文提出了针对轻量级顶夸克和希格斯ino的R-宇称破坏超对称（RPV MSSM）的增强LHC搜索策略，其末态包含多重喷射、b夸克喷射和底夸克，但缺失能量极少。文章指出了当前ATLAS和CMS搜索中的漏洞，并建议进行修改——如引入b夸克标记、降低E_T /要求，并针对t t-bar截面测量进行优化——以提高对这些具有挑战性的末态的灵敏度，特别是在缺失能量较低或以τ子主导的衰变情形下。

ABSTRACT

We confront the ATLAS and CMS new physics searches with simplified models from R-parity violating (RPV) supersymmetry that contain naturally light stops and higgsinos. We emphasize the important role played by searches for exotic heavy quarks and leptoquarks and discuss how these searches could be modified to better address RPV scenarios. We also argue that it would be useful to design searches for new physics based on the ttbar cross section measurements, to enhance searches for taus + jets + MET with regions with b tagging and reduced MET requirements, and to expand the search program for all-jet final states, especially in the presence of multiple b-jets.

研究动机与目标

• 识别当前ATLAS和CMS对轻量级顶夸克和希格斯ino的R-宇称破坏超对称（RPV MSSM）搜索中的不足之处。
• 应对缺失横向能量（E_T /）较低以及末态以τ子为主或缺乏清晰轻子的挑战。
• 针对现有搜索提出有针对性的修改——特别是针对奇异夸克、轻子偶素子和高多重性喷射——以增强对RPV情形的灵敏度。
• 倡导基于ℓ + τ_h通道中t t-bar截面测量的新搜索策略，可探测低质量RPV信号。
• 改进对多重b夸克喷射和高喷射多重性的末态的覆盖，这些末态在当前搜索框架中未被充分利用。

提出的方法

• 使用简化版RPV MSSM模型，其中顶夸克通过希格斯ino衰变至包含顶夸克、τ子或夸克的末态，RPV耦合由标量费米子介导。
• 使用MadGraph 5生成信号事件，采用RPVMSSM模型，并利用Pythia 8进行部分子喷射和衰变，重点研究顶夸克对产生及级联衰变。
• 重新解释7和8 TeV运行期间现有的ATLAS和CMS搜索，包括奇异重夸克、轻子偶素子和高多重性喷射搜索，采用更新的运动学和标记要求。
• 应用约10⁻³的效率阈值，聚焦于核心信号区域，减少分布尾部效应的影响。
• 通过具有不同末态的基准模型（A–E）评估灵敏度：tbqq、bbbq、τbbq、τbqq和μbbq，每种模型具有不同的RPV耦合和媒介子。
• 提出一种基于ℓ + τ_h通道中t t-bar截面测量的新搜索策略，适用于高喷射多重性和b夸克标记，以增强对低缺失能量RPV信号的探测能力。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何当前LHC搜索对轻量级顶夸克和希格斯ino的RPV MSSM情形不敏感，特别是在缺失能量较低或轻子缺失时？
• RQ2 如何修改现有奇异重夸克和轻子偶素子的搜索，以更好地针对具有多重喷射和b夸克喷射的RPV MSSM末态？
• RQ3 在多大程度上可将ℓ + τ_h通道中t t-bar截面测量重新解释为新物理搜索，以探测低质量RPV情形？
• RQ4 通过引入更高b夸克标记多重性区间和运动学特征，对高多重性喷射搜索（如6–7个喷射）可实现哪些改进？
• RQ5 如何通过降低E_T /阈值或增加τ子识别来优化对强子性τ子 + 喷射 + E_T /的搜索，以增强对RPV衰变的灵敏度？

主要发现

• ATLAS奇异重夸克搜索[3]和CMS轻子偶素子搜索[5]对反号轻子对末态（如模型E）高度敏感，尽管它们最初并非为此类四体衰变而设计。
• 对于每个顶夸克衰变仅产生一个b夸克喷射的情形（如模型D，τbqq），ATLAS要求3–4个b夸克标记的搜索无效，但提出的轻子 + 多个喷射 + 单个b夸克标记搜索[7,8]在低质量区域显示出前景。
• CMS对强子性τ子 + 喷射 + E_T / [14]和高多重性 + 低E_T / [15]的搜索已接近对模型D的灵敏度，特别是若降低E_T /切割或增加τ子识别。
• ATLAS对6–7个高pT喷射的搜索[6]已接近对bbbq末态（模型B）的灵敏度，但仅在0–2个b夸克标记时设置限制；若增加3–4个b夸克标记的区间，灵敏度将显著提升。
• 在极低顶夸克质量下，仅使用约2 fb⁻¹数据的ℓ + τ_h通道中t t-bar截面测量[17]已提供强于任何新物理搜索的限制，凸显其作为新搜索策略的潜力。
• 目前缺乏对包含6–8个喷射、其中6个为b夸克喷射（如模型B）的末态的专门搜索，尽管背景极低且信号纯度高，仍存在显著覆盖空白。