A search for compressed supersymmetry in events with soft leptons, low jet multiplicity, and missing transverse momentum with the CMS experiment at the LHC

Abstract

Results are presented from a search for supersymmetric particles in scenarios with a compressed mass spectrum. The data sample corresponds to 19.7/fb of proton-proton collisions recorded by the CMS experiment at sqrt(s) = 8 TeV. The search targets top squark pair production in scenarios with mass differences Delta m = m(top squark) - m(neutralino) below the W-boson mass and with top-squark decays in the four-body mode (top squark to b l nu neutralino), where the neutralino is assumed to be the lightest supersymmetric particle (LSP). The signature includes a high transverse momentum (pt) jet associated with initial-state radiation, two low-pt leptons, and significant missing transverse energy. The event yields observed in data are consistent with the expected background contributions from standard model processes. Limits are set on the cross section for top squark pair production as a function of the top squark and LSP masses. Assuming a 100% branching fraction for the four-body decay mode, top-squark masses below 316 GeV are excluded for Delta m = 25 GeV at 95% CL. The data are also interpreted under the assumption of chargino-neutralino production, with subsequent decays to sleptons or sneutrinos. Assuming a difference between the common lightest chargino/next lightest neutralino mass and the LSP mass of 20 GeV and a tau-enriched decay scenario, masses in the range m(chargino) < 307 GeV are excluded at 95% CL.

Η υπερσυμμετρία εξακολουθεί να αποτελεί μία αποτελεσματική λύση στο πρόβλημα της «ιεραρχίας» στο Καθιερωμένο Πρότυπο. Μετά τα αρνητικά αποτελέσματα της πρώτης γενιάς διερευνήσεων των υπερσυμμετρικών σωματιδίων στο LHC, η επικρατούσα αντίληψη είναι ότι τουλάχιστον ένας υπερσυμμετρικός εταίρος που φέρει τον κβαντικό αριθμό του χρώματος πρέπει να έχει μάζα μικρότερη ή γύρω στο ~TeV. Το επικρατέστερο σενάριο αναφέρεται στην περίπτωση όπου το σωμάτιο αυτό είναι το top squark. Η ανίχνευση των top squarks αποτελεί στόχο μεγάλου αριθμού αναλύσεων στο LHC, οι περισσότερες εκ των οποίων επικεντρώνονται σε γεγονότα με πολλαπλούς αδρονικούς πίνακες και μεγάλες τιμές της ελλείπουσας ορμής. Ως αποτέλεσμα, μεγάλα τμήματα του υπερσυμμετρικού παραμετρικού χώρου, που αντιστοιχούν σε «συμπιεσμένα» φάσματα μαζών, παραμένουν ανεξερεύνητα. Η παρούσα ανάλυση στοχεύει στην εξερεύνηση του παραμετρικού χώρου με μικρές διαφορές μαζών, που οδηγούν σε πειραματικές υπογραφές που είναι διαφορετικές από τις παραδοσιακές αναλύσεις. Τα γεγονότα έχουν καταγραφεί με το πείραμα CMS, σε συγκρούσεις πρωτονίων στο LHC σε ενέργεια κέντρου μάζας 8 TeV, και αντιστοιχούν σε συνολική φωτεινότητα 19.7/fb.Με βάση τα χαρακτηριστικά του σήματος, επιλέγεται μια στενή κινηματική περιοχή ως περιοχή διερεύνησης, όπου το πιθανό σήμα είναι συγκρίσιμο με το αναμενόμενο από το Καθιερωμένο Πρότυπο υπόβαθρο. Τα βασικά χαρακτηριστικά αυτής της συλλογής γεγονότων είναι δύο λεπτόνια αντιθέτου φορτίου και χαμηλής εγκάρσιας ορμής, ένα ή δύο jets με υψηλή εγκάρσια ορμή, και υψηλή ελλειπούσα εγκάρσια ορμή. Το αναμενόμενο υπόβαθρο εκτιμάται με μεθόδους που βασίζονται στα πραγματικά δεδομένα και διορθώσεις από προσομοίωση γεγονότων. Οι μέθοδοι πρόβλεψης του υποβάθρου επικυρώνονται με πραγματικά δεδομένα σε περιοχές που είναι κινηματικά συναφείς με περιοχή διερεύνησης, άλλα χωρίς σήμα.Το αποτέλεσμα την ανάλυσης είναι η παρατήρηση αριθμού γεγονότων που είναι σε συμφωνία με τις προβλέψεις από το Καθιερωμένο Πρότυπο. Ως εκ τούτου εξαγάγονται κάτω όρια στις μάζες των υπερσυμμετρικών σωματιδίων στην περιοχή συμπιεσμένου φάσματος.