[论文解读] Supersymmetry Searches with ATLAS and CMS

S. Lowette|arXiv (Cornell University)|May 17, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 7被引用 4

一句话总结

本文总结了在√s = 7 TeV下，ATLAS与CMS实验在大型强子对撞机（LHC）上对超对称（SUSY）的搜索结果，重点关注具有缺失横向动量（Eₜ̸）、光子、轻子和强子喷注的末态。未观测到与标准模型背景存在显著偏差，因此在各种简化模型中设定了95%置信水平的排除极限，包括胶球子与 squark 的产生、电弱性荷电粒子-中性粒子产生，以及第三代SUSY，其灵敏度主要由产生截面和粒子质量决定，而非中间态。

ABSTRACT

Highlights are presented of current searches for supersymmetry produced in proton-proton collisions at the LHC, operating at sqrt(s)=7TeV. Searches with missing transverse energy are summarized from both the ATLAS and CMS experiments. A wide range of final states is covered, including recent searches with photons, leptons, and purely hadronic final states. Future developments are anticipated with extra focus on exclusive searches in electroweak and third-generation supersymmetry production.

研究动机与目标

• 总结在√s = 7 TeV质子-质子对撞下LHC上超对称性搜索的现状。
• 报告涵盖光子、轻子、强子喷注和消失轨迹等多种末态的广泛结果，所有末态均对缺失横向动量敏感。
• 在简化模型中呈现强子与电弱SUSY产生过程的排除极限，特别关注第三代和电弱尺度SUSY。
• 强调随着2010至2011年数据样本的增长，研究正从广泛搜索转向更专一、更具针对性的分析。
• 提供当前SUSY搜索策略的快照，并评估其对关键理论情景（如规范介导和异常介导）的灵敏度。

提出的方法

• 利用LHC上ATLAS与CMS探测器的数据进行搜索，积分亮度为1.07–4.7 fb⁻¹。
• 通过缺失横向动量（Eₜ̸）、光子、同号轻子、b夸克喷注和位移轨迹等选择末态，以增强对SUSY信号的灵敏度。
• 背景通过数据驱动技术（如Eₜ̸和光子误识别的控制样本）和蒙特卡罗模拟进行估算。
• 解释结果时采用简化模型，假设特定衰变链（如胶球子 → squark → NLSP → LSP），其中LSP贡献于Eₜ̸。
• 通过将观测数据与标准模型背景预测进行比较，在95%置信水平下设定排除极限。
• 专门分析针对稀有过程，如长寿命荷电粒子产生的消失轨迹，以及通过b标记喷注抑制顶夸克背景的同号双轻子末态。

实验结果

研究问题

• RQ1 在√s = 7 TeV下，针对包含光子、轻子和强子喷注的末态，当前对超对称性的排除极限是多少？
• RQ2 在电弱与第三代SUSY的背景下，不同SUSY搜索通道（如二光子、多轻子和带b标记喷注的同号双轻子）的灵敏度如何比较？
• RQ3 SUSY搜索的灵敏度在多大程度上由产生截面决定，而非中间态或末态粒子的质量？
• RQ4 针对长寿命粒子（如具有消失轨迹的粒子）的专用搜索在探测异常介导SUSY破缺情景方面有多有效？
• RQ5 在同号双轻子末态中，要求存在b喷注对抑制顶夸克背景的影响如何？

主要发现

• 在所有分析的末态中，包括光子、轻子和强子通道，均未观测到与标准模型预期的显著偏差。
• ATLAS二光子搜索在1.07 fb⁻¹数据下，排除了在中性ino类似NLSP的简化模型中，胶球子质量高于1000 GeV以及squark质量高于1000 GeV的参数区域。
• CMS单光子与二光子搜索在4.3–4.7 fb⁻¹数据下，排除了在规范介导模型中，gravitino LSP下squark质量高于1000 GeV以及胶球子质量高于1000 GeV的参数区域。
• ATLAS消失轨迹搜索在异常介导SUSY破缺情景中，设定了chargino质量高于300 GeV的极限，其与中性子的质量分裂为200 MeV。
• CMS同号双轻子搜索结合b标记喷注，将顶夸克背景抑制了10倍，从而实现了对直接sbottom产生的灵敏度，95%置信水平下排除极限可达sbottom质量500 GeV和chargino质量300 GeV。
• 对于产生四顶末态的胶球子对产生过程，该搜索排除了胶球子质量高于1000 GeV以及stop质量高于800 GeV的参数区域，其灵敏度在很大程度上与中间stop质量无关。