[论文解读] Search for stealth supersymmetry in final states with two photons, jets, and low missing transverse momentum in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

Hayrapetyan, Aram, Tumasyan, Armen+2366 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 2

一句话总结

本研究在 √s = 13 TeV 的质子-质子碰撞中搜索隐性超对称（stealth supersymmetry），重点关注包含两个光子、喷注及低缺失横向动量（pT^miss）的末态，该信号特征对应于轻量级引力ino LSP 与压缩隐藏 sector 的模型。利用 138 fb⁻¹ 的 CMS 数据，并采用结合数据控制样本与模拟修正的混合背景估计方法，该分析在 95% 置信水平下将胶球夸克质量上限扩展至 2150 GeV，标量夸克质量上限扩展至 1850 GeV，进一步拓展了低 pT^miss 区域的约束范围。

ABSTRACT

The results of a search for stealth supersymmetry in final states with two photons and jets, targeting a phase space region with low missing transverse momentum (pTmiss), are reported. The study is based on a sample of proton-proton collisions at s=13 TeV collected by the CMS experiment, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb-1. As LHC results continue to constrain the parameter space of the minimal supersymmetric standard model, the low pTmiss regime is increasingly valuable to explore. To estimate the backgrounds due to standard model processes in such events, we apply corrections derived from simulation to an estimate based on a control selection in data. The results are interpreted in the context of simplified stealth supersymmetry models with gluino and squark pair production. The observed data are consistent with the standard model predictions, and gluino (squark) masses of up to 2150 (1850) GeV are excluded at the 95% confidence level.

研究动机与目标

• 探索在缺失横向动量较低的区域中隐性超对称现象，该区域标准超对称搜索方法灵敏度较低。
• 解决在二光子 + 喷注 + 低 pT^miss 末态中准确估计标准模型背景的挑战。
• 通过胶球夸克与标量夸克对产生并经由压缩中性子及隐藏 sector 单态子衰变的简化模型，检验隐性超对称模型。
• 通过用模拟修正替代 ST 缩放假设，改进背景估计方法。
• 在以往约束较弱的超对称参数空间中，扩展胶球夸克与标量夸克质量的排除极限。

提出的方法

• 采用混合背景估计技术，利用数据控制样本获得初始背景估计，随后通过主导 SM 过程的模拟样本进行修正。
• 通过模拟修正替代 ST 缩放假设，对二光子背景进行建模，提升低 pT^miss 区域的估计精度。
• 选择包含两个光子、多个喷注及低 pT^miss 的事件，与涉及轻量级引力ino LSP 的隐性超对称衰变一致。
• 使用简化模型，固定单态子质量为 100 GeV，标量单态质量为 90 GeV，并设置 10 GeV 的质量分裂以实现隐性机制。
• 在胶球夸克质量（1250–2350 GeV）与标量夸克质量（1100–2000 GeV）范围内进行二维扫描，靠近物理边界处采用更密采样。
• 中性子质量在 150 GeV 至低于胶球夸克或标量夸克质量 100 GeV 的范围内变化，反映衰变链：胶球夸克/标量夸克 → 夸克 + 中性子 → 光子 + 引力ino。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 LHC 的二光子 + 喷注末态中，能否观测到缺失横向动量较低的隐性超对称？
• RQ2 在不依赖 ST 缩放假设的前提下，能否在低 pT^miss 区域准确估计标准模型背景？
• RQ3 在具有压缩隐藏 sector 的简化隐性超对称模型中，胶球夸克与标量夸克质量的改进排除极限是多少？
• RQ4 引入基于模拟的修正方法如何影响背景估计与最终灵敏度？
• RQ5 CMS 实验在探测最小超对称标准模型之外的新物理的低 pT^miss 区域方面具有多大探测能力？

主要发现

• 观测数据与标准模型预测一致，在二光子 + 喷注 + 低 pT^miss 末态中未发现显著过量。
• 在固定单态子与标量质量的简化隐性超对称模型中，95% 置信水平下排除了高达 2150 GeV 的胶球夸克质量。
• 在 95% 置信水平下，排除了高达 1850 GeV 的标量夸克质量，进一步拓展了压缩、低 pT^miss 超对称参数空间的探测范围。
• 与 ST 缩放假设相比，基于模拟的修正方法显著提升了背景估计的准确性，尤其在低 pT^miss 区域表现更优。
• 结果表明，可在低缺失能量末态中有效探测隐性超对称，该区域在直接超对称搜索逐渐约束高 pT^miss 信号的背景下日益重要。
• 本研究为具有两个光子与低 pT^miss 的隐性超对称框架中胶球夸克与标量夸克质量提供了迄今为止最严格的约束。