[论文解读] Search for supersymmetry in a final state containing two photons and missing transverse momentum in $\sqrt{s}$ = 13 TeV $pp$ collisions at the LHC using the ATLAS detector

ATLAS Collaboration|arXiv (Cornell University)|Jun 29, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本论文利用ATLAS探测器，在√s = 13 TeV的质子-质子碰撞中搜索超对称性，重点关注包含两个光子和大缺失横向动量的事件。未观测到信号事例；在95%置信水平下观测到的上限为0.93 fb，表明在具有近似光-binō的次轻量超对称粒子的广义规范介导超对称模型中，胶球子质量的下限为1650 GeV。

ABSTRACT

A search has been made for supersymmetry in a final state containing two photons and missing transverse momentum using the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. The search makes use of 3.2 fb$^{-1}$ of proton-proton collision data collected at a centre-of-mass energy of 13 TeV in 2015. Using a combination of data-driven and Monte-Carlo-based approaches, the Standard Model background is estimated to be $0.27^{+0.22}_{-0.10}$ events. No events are observed in the signal region; considering the expected background and its uncertainty, this observation implies a model-independent 95% CL upper limit of 0.93 fb (3.0 events) on the visible cross section due to physics beyond the Standard Model. In the context of a generalized model of gauge-mediated supersymmetry breaking with a bino-like next-to-lightest supersymmetric particle, this leads to a lower limit of 1650 GeV on the mass of a degenerate octet of gluino states, independent of the mass of the lighter bino-like neutralino.

研究动机与目标

• 利用3.2 fb⁻¹的13 TeV质子-质子碰撞数据，搜索末态中包含两个孤立光子和大缺失横向动量的超出标准模型的新物理。
• 检验一种广义规范介导超对称（GGM）模型，其中次轻量超对称粒子（NLSP）为近似光-binō，并主要衰变为光子与引力子。
• 在该GGM模型背景下，对简并胶球子八重态的质量施加约束。
• 通过利用更高的质心系能量和改进的探测器性能，超越先前基于8 TeV数据的搜索。
• 为二光子+ E_T^miss末态中新物理的可见截面提供模型无关的上限。

提出的方法

• 采用数据驱动和蒙特卡罗相结合的技术估算标准模型背景，得到0.27⁺⁰.²²₋₀.₁₀个事例的估计值。
• 定义一个富含二光子+缺失横向动量事例的信号区域，对光子应用运动学和隔离标准，并要求高E_T^miss。
• 使用Herwig++ 2.7.1与CTEQ6L1部分子分布函数（PDFs）模拟具有简并胶球子八重态和近似光-binō NLSP的GGM模型的信号事例。
• 通过强子产生过程的QCD下一阶微扰计算，结合软胶球子重求和，计算信号截面。
• 采用简化模型框架，仅在13 TeV下可产生胶球子和近似光-binō NLSP，其余所有超对称粒子质量均设为过高而无法产生。
• 假设在低质量下NLSP完全衰变为γ + 引力子，在高质量下分支比趋近于cos²θ_W，确保二光子末态占主导。

实验结果

研究问题

• RQ1 在13 TeV质子-质子碰撞中，观测到的包含两个孤立光子和大缺失横向动量的事例率是多少？
• RQ2 在95%置信水平下，二光子+ E_T^miss末态中新物理的可见截面的上限是多少？
• RQ3 在具有近似光-binō NLSP的广义规范介导超对称模型中，胶球子质量的下限是多少？
• RQ4 二光子+ E_T^miss末态如何约束13 TeV下GGM模型的参数空间？
• RQ5 ATLAS探测器对胶球子对产生及其后续衰变为光子和引力子的灵敏度如何？

主要发现

• 在信号区域内未观测到任何信号事例，与预期的标准模型背景（0.27⁺⁰.²²₋₀.₁₀个事例）一致。
• 为二光子+ E_T^miss末态中新物理的可见截面设定了0.93 fb的模型无关95%置信水平上限。
• 在具有近似光-binō NLSP的广义GGM模型背景下，确定了简并胶球子八重态质量的下限为1650 GeV。
• 该质量下限与较轻的近似光-binō中性子质量无关，表明其对NLSP质量变化具有鲁棒性。
• 由于更高的质心系能量和探测器性能的提升，本分析相比以往8 TeV的搜索实现了更高的灵敏度。
• 在研究的质量范围内，近似光-binō NLSP衰变为γ + 引力子的分支比占主导，验证了二光子末态作为清晰探测手段的有效性。