[论文解读] SUSY searches at CMS

A. Gaz|arXiv (Cornell University)|Nov 7, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 3

一句话总结

本文展示了CMS合作组利用大型强子对撞机（LHC）运行1期间获取的完整8 TeV质子-质子数据集，对超对称（SUSY）现象进行的搜索结果，重点研究了多种SUSY产生和衰变模式。尽管在标准模型背景之上未观测到显著过量，但在多个简化模型和基准情景中设定了严格的排除极限，尤其对停止夸克、 gluino 和电弱ino 伴随产生过程进行了强约束。

ABSTRACT

Supersymmetry is one of the most popular theories that have been proposed to solve or alleviate the Hierarchy Problem and is one of the most active areas of research of Physics beyond the Standard Model at the LHC. In this contribution the results of recent SUSY searches performed by the CMS Collaboration on the 8 TeV dataset collected during 2012 are presented. Emphasis is given to R-parity conserving scenarios, where the Lightest Supersymmetric Particle is stable and may constitute a viable candidate for the Dark Matter in the Universe.

研究动机与目标

• 利用LHC完整8 TeV数据集，在广泛末态中搜索超对称粒子。
• 通过专用分析方法，解决传统停止夸赫对搜索中的盲区，特别是在 $ m_{\tilde{t}} - m_{\tilde{\chi}^{0}_{1}} \sim m_{t} $ 区域，该区域事件与标准模型 $ t\bar{t} $ 事件难以区分。
• 在简化模型和如pMSSM与cMSSM等真实超对称框架中解释结果。
• 通过包含大缺失横向动量的多轻子和多 jets 末态，提高对电弱ino和Higgsino对产生的探测灵敏度。
• 尽管未观测到新物理信号，仍对多种SUSY情景设定了稳健的排除极限。

提出的方法

• 采用 $ M_{T2} $ 变量重构多 jets 事件中的缺失横向动量，增强对喷流能量测量误差的鲁棒性。
• 通过喷流和 b-喷流多重度、$ H_T $ 及 $ M_{T2} $ 定义信号区域，以区分信号与背景。
• 应用 $ M_{CT} $ 变量，通过两喷流的不变质量重构识别 $ \tilde{b}\tilde{b} $ 末态。
• 利用拓扑变量如 $ E_{\mathrm{T}}^{\text{miss}} $、$ M_T(\ell, E_{\mathrm{T}}^{\text{miss}}) $ 及轻子/b-喷流多重度，抑制标准模型背景。
• 在似然拟合中结合多个末态（例如 $ \gamma\gamma $、$ bb $、$ \ell\ell $、$ jj $）以提升对Higgsino和电弱ino信号的灵敏度。
• 使用数据驱动的控制样本估算标准模型背景，并在所有信号区域验证预测。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 $ m_{\tilde{t}} - m_{\tilde{\chi}^{0}_{1}} \sim m_{t} $ 的困难区域，停止夸赫对产生过程的排除极限是多少？该区域事件与标准模型 $ t\bar{t} $ 事件无法区分。
• RQ2 在不同喷流和 b-喷流多重度下，包含 $ M_{T2} $ 的整体分析对胶球子和 squark 对产生过程的灵敏度如何？
• RQ3 利用 $ M_{CT} $ 变量和 b-喷流标记，对直接 $ \tilde{b}\tilde{b} $ 对产生过程的限制是什么？
• RQ4 在包含多轻子和 b-喷流丰富末态的简化模型中，对 $ \tilde{t}_2 \to H/Z\tilde{t}_1 $ 衰变过程可施加何种约束？
• RQ5 对衰变为 $ h\tilde{G} $ 或 $ Z\tilde{G} $ 的Higgsino对产生过程，其排除极限是多少，特别是 $ \tilde{\chi}^{0}_{1} \to Z\tilde{G} $ 模式？

主要发现

• 在所有分析的末态中均未观测到超过标准模型背景的显著过量。
• 对于 $ \tilde{\chi}^{0}_{1} \to Z\tilde{G} $ 衰变模式，Higgsino对产生过程在质量高达 $ \sim 380 $ GeV 时被排除。
• 在 $ \tilde{\chi}^{0}_{1} \to h\tilde{G} $ 模式中，即使在1 $ \sigma $ 水平也未实现排除，但多轻子和 $ bb\,bb $ 通道在低和中等质量区域显示出灵敏度。
• 对 $ \tilde{t}_2 \to H/Z\tilde{t}_1 $ 简化模型的排除极限已根据各种分支比设定，其中多轻子通道提供最高灵敏度。
• 通过 $ M_{T2} $ 分析，直接 $ \tilde{q} $ 对产生及胶球子对产生（$ q\bar{q} $ 衰变）的排除极限已超过1 TeV。
• 对 $ \tilde{b}\tilde{b} $ 搜索的限制与预期的标准模型背景一致，未观测到显著信号。