Suche nach Supersymmetrie mit leptonischer R-Paritätsverletzung mit dem ATLAS Detektor

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1 Suche nach Suersymmetrie mit letonischer R-Paritätsverletzung mit dem ATLAS Detektor Max Goblirsch, betreut durch Michael Flowerdew Max-Planck-Institut für Physik, München DPG-Frühjahrstagung Mainz 24

2 Einführung - Verletzung der R-Parität Erinnerung: R-Parität Multilikative Quantenzahl, für SM-Teilchen, - für SUSY-Teilchen Erhaltung im MSSM vorausgesetzt, motiviert durch stabiles Proton bewirkt Stabilität des leichtesten suersymmetrischen Teilchens (LSP) grundsätzlich zulässige Suerotentialterme mit Verletzung der R-Parität : j D k + κi Li H2 i D WRPV = ijk Li Lj E k +ijk Li Qj D k + ijk U {z } dieser Vortrag ± ± ijk 6= : / Vertex - LSP kann in Letonen und Neutrinos zerfallen Beisiel (Neutralino-LSP): 2 > : e µ+ e Zerfallskanäle eines abhängig von ijk : ij = 2 ij = 3 ij = 23 k = ee/eµ ee/eτ eµ/eτ k = 2 eµ/µµ eµ/µτ µµ/µτ k = 3 eτ /µτ eτ /τ τ µτ /τ τ /

3 Exerimentelle Suchen - der 4-Leton-Endzustand Paarweise Produktion von SUSY-Teilchen: Zwei LSP (hier: ) im Endzustand : Zerfall der in je 2 Letonen und ein Neutrino Suche bei ATLAS: Ereignisse mit 4 Letonen ATLAS-CONF einschließlich hadronischer τ -Zerfälle W ± W Unterscheidung von Ereignissen des Standardmodells: Abwesenheit von Z-Bosonen - keine Letonaare mit m mz Neutrinos im Endzustand: fehlende transversale Energie ETMiss 3 hochenergetische Teilchen aus SUSY-Zerfallskaskade: effektive Masse X X Meff = T + T + ETMiss 2 Letonen Jets Analyse mehrerer Signalregionen zur otimalen Ausnutzung dieser Eigenschaften /

4 Exerimentelle Suchen - der 4-Leton-Endzustand Untergrundabschätzung: tyische Untergründe: t tv, WH,ZZ mit 4 Letonen aus dem harten Prozess Abschätzung durch MC-Simulation ausserdem: WZ,Z, t t mit zusätzlichen Letonen aus Jets / Paarbildung Abschätzung durch datenbasierte Methoden aktuelle Ergebnisse: ATLAS-CONF [GeV] m g g ; + l l >, 2 ATLAS Preliminary exlored LSP mass range: L dt = 2.7 fb, SUSY Observed limit (± σtheory ) Exected limit (± σ ex ) ATLAS 4L 8TeV 3fb not exlored All limits at 95% CL s=8 TeV GeV < m m g < m g < m GeV Events / 5 GeV Data / SM Events / 5 GeV 4 ATLAS Preliminary Data Total SM - Reducible Bkg. L dt = 2.7fb s = 8TeV ZZ 3 Higgs ZWW ttz RPC va (23,45) 2 3 Wino 2 (6,4) Gluino 2 (,6) SRnoZb m eff [GeV] 4 Data Total SM - L dt = 2.7fb s = 8TeV Reducible Bkg. 3 ZZ Higgs 2 ATLAS Preliminary SRnoZ ZWW ttz Wino (3,2) 33 Gluino (8,4) m g [GeV] Data / SM m eff [GeV] /

5 Langlebige Zerfälle Die 4-Leton-Analyse ist auf sofortige Zerfälle des LSP otimiert Betrachtung im MSSM: kleine ijk oder leichte LSP bewirken langlebige Zerfälle log () Fragestellung: Auswirkungen einer endlichen Lebensdauer Bachelor Thesis: Lorenz Hehn (TUM) <,3-2 m(f) GeV ) < H: m( m(f) ) < B: m( m(f) B: m (f) > H: m(f )> G ev G ev m() [GeV] /

6 Auswirkung einer nicht vernachlässigbaren Lebensdauer τ.τ. s: Zerfälle im Primärvertex 4 Letonen, 4 Jets, geringe ETMiss 4-Leton Analyse s. τ. s: Zerfälle jenseits des Primärvertex 2 versetzte Letonaare, 4 Jets, geringe ETMiss eingeschränkte Emfindlichkeit 5 s. τ : Zerfälle ausserhalb des Detektors keine Letonen, 4 Jets, hohe ETMiss RPC-Suchen 5 6 l+ l-, > 2 ATLAS Preliminary exlored LSP mass range: GeV < m < mg - GeV - L dt = 2.7 fb, s=8 TeV 4 SUSY Observed limit (± σtheory) Exected limit (± σex ) 2 ; g g 8 m [GeV] < mg m ATLAS 4L 8TeV 3fb- not exlored All limits at 95% CL mg [GeV] /

7 Auswirkung einer nicht vernachlässigbaren Lebensdauer τ.τ. s: Zerfälle im Primärvertex 4 Letonen, 4 Jets, geringe ETMiss 4-Leton Analyse Zerfälle jenseits des Primärvertex 2 versetzte Letonaare, 4 Jets, geringe ETMiss eingeschränkte Emfindlichkeit 5 s. τ : Zerfälle ausserhalb des Detektors keine Letonen, 4 Jets, hohe ETMiss RPC-Suchen 95% CL Limit on σsusy[b] s. τ. 5 s: ATLAS Work in Progress 2 Exected limit ( ± σ ) g g ATLAS-CONF L dt = 2.3 fb, - s = 8 TeV gg m( g) = 3 GeV, m( ) = GeV τ LSP [s] 5 /

8 Auswirkung einer nicht vernachlässigbaren Lebensdauer τ.τ. s: Zerfälle im Primärvertex 4 Letonen, 4 Jets, geringe ETMiss 4-Leton Analyse s. τ. 5 s: Zerfälle ausserhalb des Detektors keine Letonen, 4 Jets, hohe ETMiss RPC-Suchen gg roduction; g m [GeV] 4 Zerfälle jenseits des Primärvertex 2 versetzte Letonaare, 4 Jets, geringe ETMiss eingeschränkte Emfindlichkeit 5 s. τ : ATLAS Preliminary Observed limit (± σtheory) L dt = 2.3 fb, Exected limit (± σex ) - 2 SUSY s=8 TeV Observed limit (4.7 fb -, 7 TeV) -leton combined Exected limit (4.7 fb -, 7 TeV) mg [GeV] ATLAS-CONF /

9 Suche nach versetzten Letonaaren - Voraussetzungen Ziel: Rekonstruktion von Diletonvertizes im Innendetektor Herausforderung: Surrekonstruktion Rekonstruktionsschnitte verwerfen stark versetzte Suren (dmax = mm) mit Standarddatensätzen nur sehr eingeschränkte Emfindlichkeit Lösung: Retracking ATLAS-CONF Erneute Surrekonstruktion mit (dmax = 3mm) daraufhin: Vertex- und Letonrekonstruktion Voraussetzung: Information über Treffer im Innendetektor erfordert Rerozessierung der ATLAS-Daten in sezielles Dateiformat nur für einen kleinen Teil der Daten möglich Seicherlatz, CPU,... erster Schritt: strenge Vorauswahl interessanter Ereignisse /

10 Vorselektion mit Rohdaten Ziele: Reduktion der Datenmenge vor Anwenden des Retracking hohe Signaleffizienz trotz noch fehlender Innendetektorsuren 2 Schritte: Trigger- und Offline-Anforderungen Trigger: Myonen: Suren im Myonsektrometer Elektronen: Cluster im Kalorimeter - Einzel- und Dihotontrigger Offlineselektion: Myonen: Suren im Myonsektrometer und Myonen mit hohem Stoßarameter ( d >.5mm) Elektronen: Photonkandidaten und Elektronen mit hohem Stoßarameter Forderung nach einem hochenergetischen ( T > 5/2 GeV) Leton oder zwei Letonen mittlerer( T > /3 4 GeV) Energie Ergebnis: Verwerfen von 98% der aufgezeichneten Daten bei einer akzetablen Signaleffizienz ( 8%) /

11 Ansatz zur Signalselektion Ansatz: Suche nach Vertexkandidaten statt Ereignissen Startunkt: Versetzter Vertex mit mindestens zwei sauber rekonstruierten Suren Abstand zu Primärvertizes: mindestens 5mm Zwei geladene Letonen (e+ e, e± µ, µ+ µ ) deren Suren Teil des Vertex bilden Verwerfen niederenergetischer Suren: Fordere T > GeV für beide Letonen Letonen des Vertex müssen Trigger- und Offlinevorselektion assieren invariante Masse des Paares: m > GeV Simulation 35 3 Vertex [mm] ATLAS Work in Progress 3 y Simulation s = 8 TeV ATLAS Work in Progress g g ll ; 2 > Signal Region mll > GeV m( ) = 5 GeV arbitrary units Verwerfen von Vertices in Regionen mit Detektormaterial track vertices s = 8 TeV 2 3 xvertex [mm] mll [GeV] /

12 Untergrund kein irreduzibler Standardmodelluntergrund Erste Studien: Drei rimäre reduzible Quellen: r 2) 3) ) z Beam Beam ) Zerfälle langlebiger Hadronen (Ks π + π ) Untergrund bei Fehlidentifizierung der Zerfallsrodukte als Letonen niedrige invariante Massen (tyischerweise: m < 5 GeV) 2) Zufällige Kreuzung von Suren Kann hohe Massen erreichen, aber geringer Anteil an Letonen 3) kosmische Myonen Letonaar mit φ = π Mögliche Ansätze zur Untergrundabschätzung: Letonaare gleicher Ladung (2), Fehlidentifizierungsraten mit -Leton-Vertices (, 2), Vertexsuche bei Datennahme mit ausgeschaltetem Beschleuniger (3) /

13 Ausblick Verletzung der R-Parität führt zu Endzuständen mit zahlreichen Letonen Suche nach kurzlebigen Zerfällen: 4-Leton-Endzustand Vorläufige Ergebnisse mit s = 8 TeV liegen vor Endgültige Ergebnisse in Kürze erwartet Langlebige Zerfälle sind möglich sehr lange Lebensdauern werden von konventionellen Suchen abgedeckt mittlere Lebensdauern: bisher kaum Emfindlichkeit! Neuer Suchkanal: Versetzte Letonaare Für otimale Nachweiseffizienz: Retracking - erneute Surrekonstruktion Erfordert Rerozessierung der ATLAS-Daten Vorbedingung: Entwicklung einer leisungsfähigen Vorselektion Stand: Rerozessierung weitgehend abgeschlossen Arbeit an Untergrundabschätzung /