Searches for electroweak production of supersymmetric particles in compressed mass spectra with the ATLAS detector in LHC Run 2

Holzbock, Michael (2019): Searches for electroweak production of supersymmetric particles in compressed mass spectra with the ATLAS detector in LHC Run 2. Dissertation, LMU München: Fakultät für Physik

Abstract

Trotz des Erfolgs des Standardmodells der Teilchenphysik weisen zahlreiche Hinweise auf das Vorhandensein neuer Phänomene hin, die in diesem theoretischen Rahmen nicht enthalten sind. Ein vielversprechender Kandidat für die Einführung von Physik jenseits des Standardmodells ist die Theorie der Supersymmetrie. Diese sagt die Existenz eines supersymmetrischen Partners für jedes Teilchen im Standardmodell voraus. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Suche nach elektroschwacher Produktion supersymmetrischer Teilchen mit komprimierten Massenspektren. Die Suche verwendet fb⁻¹ an Daten aus Proton-Proton-Kollisionen, die bei einer Schwerpunktsenergie von √s = 13 TeV mit dem ATLAS-Detektor in Run 2 des Large Hadron Colliders aufgezeichnet wurden. Die selektierten Ereignisse zeichnen sich durch fehlenden transversalen Impuls, zwei entgegengesetzt geladene Elektronen oder Myonen mit geringem Transversalimpuls und hadronischer Aktivität durch Abstrahlungen des Parton-Ausgangszustandes aus. Eine Erweiterung der Analyse wird vorgestellt, um auch Ereignisse mit niedrigerem fehlenden Transversalimpuls zu berücksichtigen, womit die Sensitivität der Suche verbessert wird. Die Erweiterung der Messung von Myon-Rekonstruktionseffizienzen zu noch geringeren Transversalimpulsen der Myonen ermöglichen auch das Testen von Signalen mit sehr komprimierten Massespektren, in denen sich die supersymmetrischen Zustände in der Masse nur um mehrere hundert MeV bis einige GeV unterscheiden. Die Daten weisen keine signifikanten Abweichungen von den Standardmodellvorhersagen auf. Die Ergebnisse werden daher in Form von Masseausschlussgrenzen für Modelle der Higgsino- und Sleptonproduktion interpretiert. In diesen ist das leichteste supersymmetrische Teilchen ein Neutralino, welches eine ähnliche Masse wie ein Chargino und ein schwereres Neutralino beziehungsweise ein Slepton aufweist. Im Higgsino-Modell können neutralinos bis zu einer Masse von 162 GeV ausgeschlossen werden. Insgesamt erlauben die Ergebnisse, Massendifferenzen zwischen dem leichtesten und schwereren Neutralino von bis zu maximal 53 GeV und bis zu minimal 2,6 GeV auszuschließen. Die unteren Grenzen für Slepton-Massen werden auf bis zu 256 GeV erweitert, zudem können Massendifferenzen von bis zu maximal 29 GeV und bis zu minimal 590 MeV zwischen den Sleptonen und Neutralinos ausgeschlossen werden.

Abstract

Despite the success of the Standard Model of particle physics, numerous hints indicate the presence of new phenomena, not contained in this theoretical framework. A promising candidate to introduce physics beyond the Standard Model is Supersymmetry, which predicts the existence of a supersymmetric partner for each of the Standard Model particles. This thesis presents searches for the electroweak production of supersymmetric particles with compressed mass spectra. The searches use 139 fb⁻¹ of proton-proton collision data recorded by the ATLAS detector at a center-of-mass energy √s = 13 TeV in Run 2 of the Large Hadron Collider. Selected events are characterized by missing transverse momentum, two same-flavor, oppositely charged leptons with low transverse momentum, and hadronic activity from initial-state radiation. Dedicated event selections extend the analysis towards lower transverse momenta to enhance the sensitivity reach of the searches. The extension of the muon reconstruction efficiency measurements towards lower transverse momenta allows to probe also the very compressed regime, in which the supersymmetric states differ in mass by several hundreds of MeV to a few GeV. No significant deviations from the Standard Model predictions are found in the data. The results are interpreted in terms of mass exclusion limits for simplified models of higgsino and slepton production, in which the lightest supersymmetric particle is a neutralino with similar mass to a chargino and a heavier neutralino, or to a slepton. In the higgsino model, neutralino masses up to 162 GeV are excluded. Excluded mass splittings between the lightest and heavier neutralino range from 53 GeV down to 2.6 GeV. Lower limits on slepton masses are extended up to 256 GeV, where mass splittings between the slepton and the neutralino from up to 29 GeV down to 590 MeV can be excluded.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Themengebiete: 500 Naturwissenschaften und Mathematik ; 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
• Fakultäten: Fakultät für Physik
• Sprache der Hochschulschrift: Englisch
• Datum der mündlichen Prüfung: 13. November 2019
• 1. Bericht­erstatter:in: Mann, Alexander