[论文解读] Profumo di SUSY: Suggestive Correlations in the ATLAS and CMS High Jet Multiplicity Data

Tianjun Li, James A. Maxin+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 17, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 48被引用 14

一句话总结

该论文提出，LHC的ATLAS和CMS实验可能已经通过高部分子多重态信号检测到超对称事件，特别是在九个或更多喷注的多喷注事例中。通过使用具有规范型 $Φ$-$SU(5)$ 模型的高精度蒙特卡罗模拟，其规范费米子质量 $M_{1/2} \approx$ 518 GeV，作者发现模拟信号与观测数据之间存在强烈相关性，表明在 5 fb$^{-1}$ 亮度下可能已达到发现阈值。

ABSTRACT

We present persistently amassing evidence that the CMS and ATLAS Collaborations may indeed be already registering supersymmetry events at the Large Hadron Collider (LHC). Our analysis is performed in the context of a highly phenomenologically favorable model named No-Scale F-SU(5), which represents the unification of the F-lipped SU(5) Grand Unified Theory (GUT), two pairs of hypothetical TeV-scale vector-like supersymmetric multiplets derived out of F-Theory, and the dynamically established boundary conditions of No-Scale supergravity. We document highly suggestive correlations between the first inverse femtobarn of observations by CMS and ATLAS, where seductive excesses in multijet events, particularly those with nine or more jets, are unambiguously accounted for by a precision Monte-Carlo simulation of the F-SU(5) model space. This intimate correspondence is optimized by a unified gaugino mass in the neighborhood of M_{1/2}=518 GeV. We supplement this analysis by extrapolating for the expected data profile to be realized with five inverse femtobarns of integrated luminosity, as expected to be observed at the LHC by the conclusion of 2011. Significantly, we find that this luminosity may be sufficient to constitute a SUSY discovery for the favored benchmark spectrum. Indeed, the winds wafting our way from Geneva may already be heavy with the delicate perfume of Supersymmetry.

研究动机与目标

• 调查ATLAS和CMS数据中观测到的高喷注多重态事例是否可作为超对称的证据。
• 检验 No-Scale $Φ$-$SU(5)$ 模型与LHC首批数据的一致性，特别是在多喷注末态的背景下。
• 确定该模型的预测是否与CMS和ATLAS数据一致，特别是在 $M_{1/2} \approx$ 518 GeV 的“黄金”子空间中。
• 预测在 5 fb$^{-1}$ 亮度下的信号强度，评估在多喷注通道中实现 5$σ$ 发现的潜力。
• 将自上而下的动力学边界条件与自下而上的实验约束统一，验证该模型在多个精密测量中的可行性。

提出的方法

• 对 No-Scale $Φ$-$SU(5)$ 模型进行高精度蒙特卡罗模拟，结合F理论启发的矢量型多重态和 No-Scale 超引力边界条件。
• 应用与ATLAS和CMS相同的喷注选择标准，将模拟的超对称事例与观测到的高喷注多重态数据进行比较。
• 在ATLAS分析中使用 $H_{\rm T}^{\rm miss}/\sqrt{H_{\rm T}}$ 统计量作为关键判别指标，匹配其六箱分箱策略。
• 利用测得的顶夸克质量、电弱对称性自发破缺、WMAP7暗物质密度以及LEP希格斯玻色子限制条件对模型进行校准。
• 通过最小化希格斯势能动态确定规范费米子质量 $M_{1/2}$，得出最优值为 $M_{1/2} \approx$ 518 GeV。
• 使用首选的 $M_{1/2}$ = 518 GeV 基准点，将信号期望外推至 5 fb$^{-1}$ 亮度，预测CMS和ATLAS的显著性水平。

实验结果

研究问题

• RQ1 ATLAS和CMS数据中观测到的高喷注多重态事例是否与 No-Scale $Φ$-$SU(5)$ 超对称模型的预测存在统计上显著的相关性？
• RQ2 是否存在一个特定的规范费米子质量 $M_{1/2}$ 值，能最优地再现ATLAS和CMS多喷注搜索中的观测数据？
• RQ3 No-Scale $Φ$-$SU(5)$ 模型是否能在满足精密电弱、希格斯质量、暗物质和味物理约束的同时，与对撞机数据保持一致？
• RQ4 在 5 fb$^{-1}$ 积分亮度下，该模型在信号显著性方面的预期发现潜力如何？
• RQ5 两个独立实验（ATLAS和CMS）得出的一致结果是否增强了当前数据中存在真实超对称信号的可信度？

主要发现

• 具有 $M_{1/2} \approx$ 518 GeV 的 No-Scale $Φ$-$SU(5)$ 模型与ATLAS和CMS的高喷注多重态数据表现出高度相关的特征，尤其在九个或更多喷注的事例中。
• 该模型预测的希格斯玻色子质量为 $120^{+3.5}_{-1}$ GeV，与CMS、ATLAS、CDF和DØ的逐渐收紧的排除极限一致，并与潜在的低统计过剩相符。
• 高精度蒙特卡罗模拟表明，$M_{1/2}$ = 500–600 GeV 子空间在两个标准差范围内对ATLAS和CMS数据提供了最佳拟合。
• 在 5 fb$^{-1}$ 亮度下，该模型预测在CMS多喷注通道中（喷注数超过九个）可实现五倍标准差的信号，达到发现阈值。
• 对于ATLAS，该模型预测在 $p_{T} > 80$ GeV 且 $H_{\rm T}^{\rm miss}/\sqrt{H_{\rm T}} \geq 3.5$ 的分箱中可实现四倍标准差的信号，表明具有强烈的发现潜力。
• 两个独立实验结果的一致性，加上在多个精密测量中的一致性，表明LHC可能已经检测到超对称的信号。