[论文解读] Stop-Neutralino Coannihilation in the Light of LHC

Muhammad Adeel Ajaib, Tong Li+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 18, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 28

一句话总结

本文在约束型最小超对称标准模型（CMSSM）框架下，研究了b-τ Yukawa统一背景下停止-中性ino共湮灭过程，利用LHC 1 fb⁻¹数据的ATLAS单喷流和多喷流搜索结果。研究发现，LHC 排除了NLSP停止质量低于140 GeV的区域，以及m₀ ≈ 8–16 TeV的显著参数空间区域，同时对自旋无关和自旋相关的中性子-核子散射截面设定了极为严格的限制，优于未来Xenon1T和IceCube DeepCore实验的灵敏度。

ABSTRACT

We employ the ATLAS search results for events containing jets and large missing transverse momentum, corresponding to an integrated luminosity of 1 fb^{-1}, to investigate the constrained minimal supersymmetric model (CMSSM) with b-τYukawa coupling unification. In this scenario, one of the stops is the next-to-lightest supersymmetric particle (NLSP), which co-annihilates with the lightest (LSP) neutralino to yield the desired dark matter relic abundance. The NLSP stop, here taken to be lighter than the top quark, is slightly (

研究动机与目标

• 探索大m₀值（~8–16 TeV）的b-τ Yukawa统一CMSSM模型中停止-中性ino共湮灭的可行性。
• 评估ATLAS单喷流和多喷流搜索对NLSP停止衰变为粲夸克与LSP中性子的敏感度。
• 确定LHC数据是否能排除与暗物质遗迹密度和Yukawa统一一致的参数区域。
• 比较LHC对中性子-核子散射截面的限制与当前及未来直接探测实验的结果。

提出的方法

• 利用1 fb⁻¹积分亮度下ATLAS对喷流与大缺失横向动量事件的搜索结果。
• 应用NLSP停止与LSP中性子之间的共湮灭机制，以重现观测到的暗物质遗迹密度。
• 分析带有硬QCD喷流的停止对产生过程，随后停止衰变为粲夸克与LSP中性子。
• 评估单喷流与多喷流搜索对停止与中性子之间质量差较小区域的敏感度。
• 将LHC对自旋无关与自旋相关中性子-核子散射截面的限制，与CDMS-II、XENON100、SuperK、IceCube以及预期的XENON1T/SuperCDMS/DeepCore灵敏度进行比较。
• 在CMSSM框架下对m₀、m₁/₂、A₀与tanβ进行扫描，μ > 0，重点关注b-τ Yukawa统一程度达到10%或更好的模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 ATLAS单喷流与多喷流搜索是否能排除b-τ Yukawa统一CMSSM中NLSP停止质量低于140 GeV的区域？
• RQ2 对于b-τ Yukawa统一且NLSP停止衰变为粲夸克的模型，m₀–m₁/₂平面上的排除区域为何？
• RQ3 LHC对中性子-核子散射截面的限制与当前及未来直接探测实验相比如何？
• RQ4 LHC在b-τ Yukawa统一CMSSM模型中，对m₀ ≈ 8–16 TeV的参数空间排除程度如何？
• RQ5 带有硬喷流的停止对产生是否能增强对共湮灭情景中轻量停止的探测灵敏度？

主要发现

• ATLAS单喷流与多喷流搜索排除了NLSP停止质量低于140 GeV的区域，在共湮灭区域中排除极限最高可达160 GeV。
• LHC数据排除了m₀ ≈ 8–16 TeV的显著参数空间区域，尤其在tanβ = 10、A₀ = 0、μ > 0情况下，m₀ > 3 TeV的区域被显著排除。
• 对于LSP中性子质量约为100 GeV的情况，LHC对自旋无关与自旋相关中性子-核子散射截面的限制比当前及未来Xenon1T、SuperCDMS与IceCube DeepCore的预期界限更为严格。
• NLSP停止衰变为粲夸克与LSP中性子的共湮灭机制避开了以往Tevatron的限制，后者对质量差低于40 GeV的情况无效。
• 分析表明，带有硬QCD喷流的停止对产生可增强对共湮灭情景的探测灵敏度，从而实现对质量差较小的轻量停止的排除。
• 本研究在m₀–m₁/₂平面上识别出大范围的排除区域，其中最严格的限制来自ATLAS多喷流与单喷流搜索。