[论文解读] SUSY searches at ATLAS

S. Caron, collaboration, ATLAS|arXiv (Cornell University)|Jun 6, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用 7

一句话总结

本文报告了ATLAS在7 TeV质心系能量下，利用2010年LHC运行的35 pb⁻¹数据，首次对质子-质子碰撞中的超对称（SUSY）进行搜索。通过包含喷注、轻子和缺失横向动量的多种末态，ATLAS设定了迄今为止最严格的守色荷守恒SUSY中squark与胶微子成对产生过程的限制，且未观测到显著超出标准模型预期的过剩信号。

ABSTRACT

First ATLAS searches for signals of Supersymmetry in proton-proton collisions at the LHC are presented. These searches are performed in various channels containing different lepton and jet multiplicities in the final states; the full data sample recorded in the 2010 LHC run, corresponding to an integrated luminosity of 35 $ m{pb}^{-1}$, has been analysed. The limits on squarks and gluinos are the most stringent to date.

研究动机与目标

• 利用ATLAS探测器，在LHC中质子-质子碰撞中寻找超对称（SUSY）的证据。
• 为标准模型之外的新物理（特别是R-宇称守恒SUSY）设定模型无关与模型特定的排除极限。
• 使用数据驱动技术，控制并估计多喷注、轻子和缺失横向动量末态中的标准模型背景。
• 探索长寿命、慢速运动的重粒子（SMPs）的信号，包括来自稳定squark与胶微子的R-强子。
• 通过结合多种末态并使用有效质量与横向质量等运动学变量，提高对SUSY的探测灵敏度。

提出的方法

• 采用通用搜索策略，针对具有大缺失横向动量、多个喷注和孤立轻子（电子或μ子）的事件。
• 通过以下条件定义信号区域：$E_{\text{T}}^{\text{miss}} > 125$ GeV，$E_{\text{T}}^{\text{miss}} > 0.25m_{\text{eff}}$，且$m_{\text{eff}} > 500$ GeV，其中$m_{\text{eff}}$为前三个喷注、轻子及缺失横向动量的横向动量之和。
• 在($E_{\text{T}}^{\text{miss}}$, $M_T$)平面中使用控制区域（CRs）和验证区域（VRs），以估计并验证来自W+喷注和顶夸克对的背景贡献。
• 应用数据驱动技术估计虚假轻子和QCD多喷注背景，包括使用动量与$\beta\tau$测量的随机组合来模拟背景分布。
• 利用像素探测器（用于dE/dx）和托勒密量能器（用于飞行时间）识别慢速运动粒子（SMPs），通过$p/\beta\gamma$估算粒子质量。
• 使用观测数据在95%置信水平下计算截面限制，与蒙特卡罗模拟和理论模型进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于2010年LHC数据，R-宇称守恒SUSY中squark与胶微子成对产生的最严格限制是什么？
• RQ2 有效质量与横向质量等运动学变量在抑制SUSY搜索中标准模型背景方面的有效性如何？
• RQ3 在高缺失能量末态中，数据驱动方法能否可靠估计虚假轻子与QCD多喷注背景？
• RQ4 基于慢速运动粒子信号，对来自稳定squark与胶微子的长寿命R-强子有何约束？
• RQ5 观测到的限制与以往实验（如CDF、D0、LEP）及理论预期相比如何？

主要发现

• ATLAS设定了迄今为止最严格的squark与胶微子成对产生限制，在mSUGRA模型中，胶微子质量上限超过800 GeV，squark质量上限超过900 GeV（95%置信水平）。
• 在所有分析通道中均未观测到显著过剩，包括单轻子、同号双轻子和异号双轻子末态。
• 对于R-宇称破坏SUSY，假设单一耦合主导及特定耦合值（$\lambda'_{311}=0.11$，$\lambda_{312}=0.07$），tau sneutrino质量低于750 GeV被排除。
• 在慢速运动重粒子搜索中，未观测到质量大于100 GeV的候选事例，从而得出了迄今为止最严格的下限质量限制：稳定sbottom为294 GeV，稳定stop为309 GeV，稳定胶微子为562–586 GeV。
• 在$(m_{\tilde{g}}, m_{\tilde{q}})$平面上的排除限制为迄今最严格，超越了CDF、CMS与ALEPH的先前结果。
• 使用动量与$\beta\tau$随机组合的数据驱动背景估计方法，成功模拟了$\beta\gamma$分布的尾部，且无需依赖模拟。