[论文解读] Search for pair production of squarks or gluinos decaying via sleptons or weak bosons in final states with two same-sign or three leptons with the ATLAS detector

Georges Aad, Abbott, Braden Keim+2967 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 127被引用 3

一句话总结

本ATLAS搜索研究了在最终态包含两个同号轻子或三个轻子的守宇粒子或胶微子的成对产生过程，基于LHC运行2期间收集的139 fb⁻¹质子-质子对撞数据（能量13 TeV）。未观测到显著过量，因此在R-宇称守恒和R-宇称破坏的超对称模型中，对胶微子质量的95%置信水平排除限高达2.2 TeV，对守宇粒子质量的排除限高达1.7 TeV。

ABSTRACT

A search for pair production of squarks or gluinos decaying via sleptons or weak bosons is reported. The search targets a final state with exactly two leptons with same-sign electric charge or at least three leptons without any charge requirement. The analysed data set corresponds to an integrated luminosity of 139 fb$^{-1}$ of proton$-$proton collisions collected at a centre-of-mass energy of 13 TeV with the ATLAS detector at the LHC. Multiple signal regions are defined, targeting several SUSY simplified models yielding the desired final states. A single control region is used to constrain the normalisation of the $WZ$+jets background. No significant excess of events over the Standard Model expectation is observed. The results are interpreted in the context of several supersymmetric models featuring R-parity conservation or R-parity violation, yielding exclusion limits surpassing those from previous searches. In models considering gluino (squark) pair production, gluino (squark) masses up to 2.2 (1.7) TeV are excluded at 95% confidence level.

研究动机与目标

• 在标准模型中罕见但可能存在于标准模型之外的新物理中的两个同号轻子或三个轻子末态中，寻找超对称粒子的成对产生。
• 通过使用更大数据集（139 fb⁻¹）并为第一代和第二代守宇子量身定制新的信号区域，提升对先前搜索的灵敏度。
• 通过观测到的事件产率和背景估计，约束R-宇称守恒和R-宇称破坏的超对称模型。
• 通过专门的控制区域验证背景预测，提升分析的可靠性。

提出的方法

• 本分析使用了LHC运行2期间ATLAS探测器收集的139 fb⁻¹ 13 TeV质子-质子对撞数据。
• 信号区域基于恰好两个同号轻子或至少三个轻子的末态定义，附加对喷注和缺失横向动量的要求。
• 背景估计采用数据驱动技术，针对本征同号轻子、误识别电子以及虚假/非本征轻子，其在控制区域中得到验证。
• 使用单一控制区域约束主要的WZ+jets背景的归一化，提升背景建模的准确性。
• 对信号和背景预测的系统性不确定性进行了评估，包括轻子重建、能量标度和喷注能量分辨率。
• 应用统计框架将观测到的事件产率与标准模型预期进行比较，实现对多种SUSY基准模型的假设检验。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于包含两个同号轻子或三个轻子的末态，R-宇称守恒和R-宇称破坏的超对称模型中，胶微子和守宇粒子质量的排除限是多少？
• RQ2 与以往搜索相比，新定义的信号区域在灵敏度上如何提升，特别是针对第一代和第二代守宇子？
• RQ3 使用专门的控制区域，数据驱动方法在估计主要的WZ+jets背景时，其准确性如何？
• RQ4 在信号区域中，观测到的事件产率与标准模型预期相比具有何种显著性？
• RQ5 在简化SUSY模型的背景下，系统性不确定性如何影响最终的排除限？

主要发现

• 在所有信号区域中，未观测到超过标准模型背景预期的显著事件过量。
• 在R-宇称守恒模型中，对于涉及轻子或弱玻色子的特定衰变链，胶微子质量高达2.2 TeV的排除限在95%置信水平下成立。
• 在类似的R-宇称守恒情景下，守宇粒子质量高达1.7 TeV的排除限在95%置信水平下成立。
• 由于优化的信号区域和背景建模，本分析在第一代和第二代守宇子产生方面相比以往ATLAS搜索提升了灵敏度。
• 背景估计在控制区域中得到验证，不确定性得到良好控制且与数据一致，支持了排除限的稳健性。
• 本结果为涉及同号或三轻子末态的若干简化SUSY模型提供了迄今为止最严格的约束。