[论文解读] pMSSM Studies at the 7, 8 and 14 TeV LHC

M. Cahill-Rowley, Hewett, J. L.+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 31, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 14被引用 19

一句话总结

本文利用快速蒙特卡洛模拟，评估ATLAS在7、8和14 TeV LHC下对19/20参数的唯象MSSM（pMSSM）的敏感性，重点关注具有中性子或引力子LSP的模型。结果表明，14 TeV LHC在3 ab⁻¹亮度下，极有可能通过jets + MET搜索排除几乎所有在7和8 TeV数据后仍存留的自然SUSY模型，凸显了高亮度运行在全面探测自然SUSY谱方面的强大能力。

ABSTRACT

The 19/20-parameter p(henomenological)MSSM with either a neutralino or gravitino LSP offers a flexible framework for the study of a wide variety of R-parity conserving MSSM SUSY phenomena at the 7, 8 and 14 TeV LHC. Here we present the results of a study of SUSY signatures at these facilities obtained via a fast Monte Carlo 'replication' of the ATLAS SUSY analysis suite. In particular, we show the ranges of the sparticle masses that are either disfavored or remain viable after all of the various searches at the 7 and 8 TeV runs are combined. We then extrapolate to 14 TeV with both 300 fb^-1 and 3 ab^-1 of integrated luminosity and determine the sensitivity of a jets + MET search to the pMSSM parameter space. We find that the high-luminosity LHC performs extremely well in probing natural SUSY models.

研究动机与目标

• 评估ATLAS在7、8和14 TeV LHC下对包含中性子或引力子LSP的完整19/20参数pMSSM框架的敏感性。
• 评估7和8 TeV LHC联合搜索对pMSSM参数空间的约束，特别是针对具有稳定或不可见次惰性粒子（NLSP）的模型。
• 预测14 TeV LHC在300 fb⁻¹和3 ab⁻¹亮度下的探测能力，重点关注jets + MET末态。
• 研究满足希格斯玻色子质量（126 GeV）、遗迹密度和自然性约束的低精细调谐（低-FT）pMSSM模型的可行性。
• 确定14 TeV jets + MET通道是否能够排除在7和8 TeV约束后仍存留的大多数低-FT模型。

提出的方法

• 使用快速蒙特卡洛‘复现’方法模拟ATLAS SUSY分析套件，覆盖pMSSM参数空间中的强子末态信号。
• 利用SOFTSUSY生成数百万个pMSSM模型点，并通过SuSpect验证一致性，应用精确电弱、味物理、暗物质和对撞机数据的约束。
• 研究三类模型集合：(i) 一般中性子LSP，(ii) 一般引力子LSP，以及(iii) 专门的低-FT子集，其mₕ = 126 ± 3 GeV，热生成LSP，且FT < 1%。
• 通过修改后的SUSY-HIT、CalcHEP和MadGraph计算超对称粒子的衰变模式和希格斯 sector 性质。
• 通过比较模拟信号截面与7和8 TeV下ATLAS实际搜索限值，评估排除效率，并外推至14 TeV下300 fb⁻¹和3 ab⁻¹的亮度。
• 在关键质量平面（如最轻的夸克和胶球质量）上生成覆盖效率图，以可视化不同NLSP衰变行为下的模型排除情况。

实验结果

研究问题

• RQ1 7和8 TeV LHC搜索如何约束具有中性子或引力子LSP的19/20参数pMSSM？
• RQ2 在ATLAS 7和8 TeV搜索后，有多少比例的低精细调谐pMSSM模型仍能存活并在14 TeV下保持可行性？
• RQ3 14 TeV jets + MET搜索在排除剩余可行pMSSM模型方面有多高效，特别是那些无高pT轻子的模型？
• RQ4 与300 fb⁻¹相比，14 TeV下包含3 ab⁻¹亮度如何提升对自然SUSY模型的探测敏感性？
• RQ5 NLSP衰变特性（即时、位移、不可见或带电）在决定高能LHC运行下的排除效率方面起什么作用？

主要发现

• 在结合7和8 TeV ATLAS SUSY搜索后，中性子和引力子LSP集合中仅约22.5万个模型（占数百万个中的极少数）存活。
• 在300 fb⁻¹亮度下，14 TeV jets + MET搜索可排除97.6%的低-FT pMSSM模型子集，仅剩74个模型可行。
• 在3 ab⁻¹亮度下，排除率提升至99.9%，使存活的低-FT模型集合减少至仅3个。
• 少数存活的低-FT模型具有极重的夸克和胶球，表明排除主要由jets + MET末态中对高能标的敏感性驱动。
• 高亮度14 TeV LHC特别擅长探测自然SUSY，原因在于jets + MET通道中高截面与强背景抑制的结合。
• 几乎全部低-FT模型被排除，表明14 TeV LHC将能全面、详细地探索自然MSSM谱，即使剩余模型极少。