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Wittkowski, Josephine (2014): Search for electroweakly produced supersymmetric particles in final states including two charged leptons with the ATLAS experiment at the LHC. Dissertation, LMU München: Fakultät für Physik
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Abstract

Es werden drei Analysen vorgestellt, die nach elektroschwach produzierten supersymmetrischen Teilchen in Proton-Proton-Kollisionen suchen. Die Kollisionen wurden mit dem ATLAS-Experiment am Large Hadron Collider aufgenommen. Zwei Leptonen (Elektronen oder Myonen), Jets und fehlende transversale Energie werden im Endzustand erwartet. `Simplified Models' werden genauso wie das `phenomenological Minimal Supersymmetric Standard Model' (pMSSM) verwendet, um die Produktion und den Zerfall von Gaugino-Paaren, also Paaren aus Charginos und Neutralinos, zu untersuchen. Die erste Analyse wird mit ATLAS Daten, die einer integrierten Luminosität von 4.7 fb^-1 entsprechen und im Jahr 2011 bei einer Schwerpunktenergie von sqrt(s)=7 TeV aufgenommen wurden, durchgeführt. Die direkte Produktion von Sleptonen sowie drei weitere Szenarien, in denen Gaugino-Paare über zwischenzeitliche Sleptonen zerfallen, werden untersucht. Besonders hervorgehoben wird die Triggerstrategie. Da kein Überschuss an Ereignissen in den ATLAS Daten beobachtet wird, können beispielsweise die Massen linkshändiger Sleptonen im Bereich von 85 bis 195 GeV mit 95% Konfidenzniveau ausgeschlossen werden. Hierfür wird ein Simplified Model, das die direkte Produktion von Sleptonen annimmt, verwendet, und das Neutralino besitzt eine Masse von 20 GeV. In einer zweiten Analyse werden 20.3 fb^-1 ATLAS Daten benutzt, die im Jahr 2012 mit sqrt(s)= 8 TeV aufgenommen wurden. Sieben Signalregionen zielen auf supersymmetrische Zerfallsketten ab, in denen zwei Leptonen mit entgegengesetztem Ladungsvorzeichen im Endzustand erwartet werden. Der dominante Standardmodelluntergrund besteht, analog zu der Analyse der 2011er Daten, aus ttbar-, Z/gamma*+jets- und zwei-Boson-Prozessen. Zwei-Lepton-Trigger werden kombiniert um die Ereignisse auszuwählen. Die Ergebnisse entsprechen den Erwartungen des Standardmodells und werden im Rahmen des pMSSM interpretiert. Massen des chi_1^+- können zwischen 100 und 105 GeV, 120 und 135 GeV sowie zwischen 145 und 160 GeV mit 95% Konfidenzniveau für ein masseloses chi_1^0 ausgeschlossen werden. Das Simplified Model für den Prozess chi_1^+ chi_1^- -> W^+ chi_1^0 W^- chi_1^0 -> l^+ nu chi_1^0 l^- nu chi_1^0 wird dazu verwendet. Mit der Simulation der direkten Produktion von Sleptonen in einem weiteren Simplified Model können Sleptonmassen zwischen 90 und 325 GeV ausgeschlossen werden (m_chi_1^0< 30 GeV). Die dritte Analyse wird ebenfalls mit 2012er Daten durchgeführt. Es wird ein Szenario betrachtet, in dem ein Chargino-Neutralino-Paar über ein W- und ein Higgsboson in einen Endzustand mit zwei gleichnamig geladenen Leptonen, zwei Quarks und zwei leichtesten Neutralinos zerfällt. Der Hauptuntergrund beruht auf Leptonen, die nicht vom primären Zerfallsvertex stammen, und wird mit Hilfe von ATLAS Daten bestimmt. Der Beitrag durch Standardmodell-Prozesse mit zwei Bosonen wird z.B. durch Schnitte auf die invariante Masse der Zerfallsprodukte des Higgsbosons und auf die effektive Masse, das ist die skalare Summe der Transversalimpulse der Leptonen, Jets und der fehlenden Transversalenergie, unterdrückt. Die Ergebnisse dieser Analyse sind noch nicht veröffentlicht. Man erwartet, dass die drei Massenpunkte mit Neutralinomassen unter 10 GeV und Charginomassen unter 150 GeV mit 95% Konfidenzniveau ausgeschlossen werden können.

Abstract

Three analyses searching for electroweakly produced supersymmetric particles in proton-proton collisions are presented. The collisions were recorded by the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider. Two leptons (electrons or muons), jets and missing transverse energy are expected in the final states. Simplified models as well as the phenomenological Minimal Supersymmetric Standard Model (pMSSM) are used to study the production and decay of pairs of gauginos, i.e. charginos and neutralinos. The first analysis is performed with an integrated luminosity of 4.7 fb^-1 of ATLAS data, recorded in 2011 at a centre-of-mass energy of sqrt(s) = 7 TeV. Direct slepton production and three scenarios in which pairs of gauginos decay via intermediate sleptons are addressed. Particular attention is paid to the trigger strategy. No excess is observed in the number of data events. In the simplified model that assumes the direct slepton production, left-handed slepton masses between 85 and 195 GeV are excluded at 95% confidence level for a 20 GeV neutralino. The second analysis uses 20.3 fb^-1 of ATLAS data recorded in 2012 at sqrt(s) = 8 TeV. Seven signal regions address supersymmetric decay scenarios with two oppositely charged leptons in the final state. The dominating Standard Model background processes are, analogously to the 2011 analysis, ttbar, Z/gamma^*+jets and diboson processes. A combination of dilepton triggers is used to select the events. The results are in agreement with the Standard Model expectations and are interpreted in the context of the pMSSM. chi_1^pm masses between 100 and 105 GeV, 120 and 135 GeV and 145 and 160 GeV can be excluded at 95% confidence level for m_chi_1^0= 0 GeV in the simplified model for which chi_1^+ chi_1^- -> W^+ chi_1^0 W^- chi_1^0 -> l^+ nu chi_1^0 l^- nu chi_1^0. Slepton masses between 90 and 325 GeV can be excluded at 95% CL for a neutralino mass of less than 30 GeV when the direct slepton production is simulated in a simplified model. A third analysis is also performed on the 2012 data addressing a scenario in which a chargino-neutralino pair decays via a W- and a Higgs boson into a final state with two same-sign leptons, two quarks and two lightest neutralinos. The dominating background is due to non-prompt leptons and is estimated by a data-driven method. The contribution due to diboson background is suppressed e.g. by cuts on the invariant mass of the decay products of the Higgs boson and on the effective mass, which is the scalar sum of the p_T of the leptons, jets and of the missing transverse energy. The results for this analysis are not yet published. The three mass points with the neutralino masses of less than 10 GeV and chargino masses of less than 150 GeV are expected to be excluded at 95% CL.