CMS Results of SUSY Searches with Leptons in the Final State

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1 CMS Results of SUSY Searches with Leptons in the Final State Martin Niegel (on behalf of the CMS Collaboration) Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Experimentelle Kernphysik DPG-Frühjahrstagung 2012 in Göttingen Fügen Sie auf der Masterfolie ein frei wählbares Bild ein (z.b. passend zum Vortrag) KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

2 Outline Entstehung/Eigenschaften von Leptonen in SUSY-Prozessen Signaturen/Topologien leptonischer SUSY-Ereignisse Strategien und neueste Ergebnisse: SUSY-Suchen mit einzelnen Leptonen SUSY-Suchen mit Dileptonen gleicher Ladung (SS) SUSY-Suchen mit Dileptonen untersch. Ladung (OS) SUSY-Suchen in multileptonischen Signaturen Interpretation der Ergebnisse im CMSSM 2

3 SUSY-Teilchenspektrum LSP in vielen SUSY-Modellen Neutralinos Squarks, Sleptonen Charginos Gluinos Neutralinos/Charginos sind die SUSY-Partner der SM-Bosonen Leptonische SUSY-Suchen identifizieren das Auftreten von Neutralinos und Charginos anhand leptonischen Zerfalls 3

4 Leptonische Neutralino/Chargino-Zerfälle Abhängig vom realisierten SUSY-Massenspektrum können Neutralinos/Charginos über verschiedene Kanäle zerfallen CMS TS-2010/032 Neutralino: Dilepton-Paar +LSP Chargino: Lepton+Neutrino+LSP SUSY-Suchen: Strategien müssen verschiedene Neutralino/CharginoZerfallsarten berücksichtigen 4

5 Eigenschaften der Leptonen Leptonen in SM-Prozessen hauptsächlich durch Bosonen oder Jets Boson-Zerfall ℓ Produktion in Jets Jet Jet Lepton Isolierte Spur prompt Spur nicht isoliert Abstand zum Vertex Leptonen aus Neutralino/Chargino-Zerfällen haben ~ gleiche Eigenschaft wie Leptonen aus Z/W-Bosonen Isolation der Spur und Abstand zum Vertex werden zur Unterscheidung von Leptonen aus Jets benutzt 5

6 Produktion von Neutralinos/Charginos Neutralino/Charginos können entweder direkt (elektro-schwach) oder indirekt (stark) über Produktion/Zerfall von Gluinos/Squarks enstehen Starke Produktion (indirekt) Elektroschwache Produktion (direkt) Multijet-Ereignisse durch Zerfallskaskaden der starken Produktion Keine zusätzlichen Jets in elektroschwachen Prozessen 6

7 Eigenschaften Leptonischer SUSY-Ereignisse Viele Jets, hohes HT (=ΣjetET) starke Produktion (q) (q) OSSF Lepton Paare von Neutralino Zerfällen M(ℓ+ℓ-) =/ M(Z) Fehlende Transversal Energie MET (q) (q) Geringere Jet-Aktivität in EW-Prozesse 7 Verstärkte b-jetproduktion möglich Einzelne Leptonen von Chargino Zerfällen Verstärkte Tau-Produktion möglich

8 Single-Lepton SUSY-Suchen q SUSY SM-Untergrund q W+jets ttbar sowie: QCD, single-top, Z+jets,VV+Jets Mi, T52.1 Niklas Pietsch 8 CMS-Analysen Chargino Produktion (stark) Prozesse mit hoher Jet Aktivität CMS SUS ) HT&MET 2) Polarisation der W-Produktion 3) Erhöhte b-jet Produktion (1,2,3 b-jets) 4) Neuronales Netz 5) Single Tau Analyse CMS SUS CMS SUS CMS SUS CMS SUS CMS SUS

9 CMS SUS Single-Lepton SUSY-Suche: HT&MET Strategie >3 jets, high HT und high MET MET > 150,250,350,450,550 GeV HT > 500,750,1000 GeV HT & MET abhängig von MassenSpektrum des SUSY-Modells Untergrund-Bestimmung SM: W+jets & ttbar Lepton & MET gekoppelt Nutze Lepton-Spektrum um MET-Spektrum zu beschreiben SUSY: MET & Lepton entkoppelt MET vs. PT TT+Wjets W+jets (&ttbar) SUSY ℓ MET durch Neutrino 9

10 CMS SUS Single-Lepton SUSY-Suche: HT&MET HT > 500 GeV Ergebnisse HT > 750 GeV Übereinstimmung zwischen Daten und SM-Erwartung 10

11 Same-Sign-Dilepton SUSY-Suchen Same-Sign Di-Charginos Starke Produktion Zwei CMS-Analysen: SUSY jets + MET CMS SUS b-jets + MET CMS SUS Wenig SM Prozesse SM-Hauptbeitrag Prompt-Fake von Jets ttbar (zusätzlich Wjets, DY,VV) 11 Weiterer SM-Beitrag: Prompt-Prompt + Zusätzlich:Fake-Fake, ℓ+ℓ- mit Charge-MisID

12 CMS SUS Same-Sign-Dilepton SUSY-Suche: jets + MET Geringer SM-Beitrag erlaubt hohe HT-MET-Effizienz der Selektion Strategien Low-PT: e±e±, e± ± ± ± PT(e)>10, PT( )>5 GeV HT > 200 GeV High-PT: e±e±, ± ±, e± ± PT>20(10) GeV HT > 80 GeV Tau: ±e±, ± ±, ± ± Ergebnis PT( )>5, PT(e)>10 GeV PT( )>15 GeV HT > 450GeV Daten stimmen mit SM-Erwartung überein 12

13 Opposite-Sign-Dilepton SUSY-Suchen Fr, T54.1, 8:45h Matthias Edelhoff CMS SUS jets+met+(taus) CMS SUS Neural Net CMS SUS Strategien: Di-Chargino-Produktion Neutralino-Produktion M(ℓ+ℓ-)-Shape Mi, T52.7 Daniel Sprenger CMS SUS CMS SUS Z + W + MET 13 Z + jets + MET jets+met JZB

14 Opposite-Sign-Dilepton SUSY-Suchen SM-Prozesse mit OS-Dilepton Produktion Unterdrücke Beitrag mit M(ℓ+ℓ-) > 12GeV SM-Hauptbeitrag ttbar Z+jets + Geringer Beitrag von W+jets & Diboson-Paarproduktion (WW,ZW,ZZ) 14

15 CMS SUS Opposite-Sign-Dilepton SUSY-Suchen: JZB Suche nach in Z ℓ+ℓ- + 3 jets + JZB Nutze Balance zw. Jets & Z MET + zusätzliches Vorzeichen SM: Z+jets (keine echte MET) MET durch Fehlmessung der Jets Richtung unabhängig von Z JZB: gering, gleichverteilt um 0 SUSY: MET durch LSP LSP und Z aus einem Zerfall Boost: Richtung MET, Z gleich JZB: groß, meistens positiv 15 SM-Untergrund-Bestimmung Z+jets: negativer JZB-Bereich ttbar: tt e -Ereignisse

16 CMS SUS Opposite-Sign-Dilepton SUSY-Suchen: JZB Ergebnisse MC DD Gute Übereinstimmung zwischen SM-Vorhersage und Daten 16

17 CMS SUS Multilepton SUSY-Suche Verschiedene Produktion-Arten/Signaturen 3ℓ + jets + MET 4ℓ + Z + jets + MET 17 3ℓ + MET 3ℓ + Z + MET 3ℓ + Z + jets + MET 4ℓ + jets + MET 4ℓ + Z + MET Tau-Produktion verstärkt...

18 CMS SUS Multilepton SUSY-Suche Zwei Arten von SM-Untergrund: Diboson ZW ZZ 18 Boson + Fake Z+jets ttbar

19 CMS SUS Multilepton SUSY-Suche Lepton-Selektion Nutze 3 und mehr Leptonen (bis 2 's) Unterdrücke J/ : M(ℓ+ℓ-) > 12GeV } SUSY Strategie: Inklusive Suche Sensitivität zu versch. SUSY-Modellen EW, Stark, Mit/Ohne Z, 3ℓ, 4ℓ,... Unterteile Multilepton Ereignisse in HT } SUSY + Ladung und Anzahl Taus 19 MET

20 CMS SUS Multilepton SUSY-Suche Ergebnis der 3ℓ Signaturen 4.7 fb -1 SUSY-Modell definiert den Signal-Bereich, z.b.: 3ℓ ohne OSSF-Dilepton-Paar, (e±e±e± ) ( ± ± ± ) (e±e± ± ±e) 3ℓ + jets + MET 3ℓ + Z + jets + MET 3ℓ + MET SM-dominierter Bereich mit niedrigen MET & HT Insgesamt 52 exclusive Kanäle, mehr Details und Ergebnisse heute von Stefan Wayand 17:15h, T53.3, ZHG 010 Daten kompatibel mit SM-Erwartung 20

21 CMS TS-2010/032 (10TeV) Interpretation im CMSSM: Einführung Anteil der starken Prozesse Massen der SUSY-Teilchen im CMSSM Squarks Gluinos Neutralino/ Chargino Anteil der schwachen Prozesse Starke Prod. dominant bei großem SUSY-XS Multijet-Ereignisse Squarks&Gluinos schwer Schwache Produktion dominiert SUSY-Ereignisse mit geringerer Jet-Aktivität erwartet 21

22 Interpretation im CMSSM: Limits z.b.: Single Lepton + jets + MET CM SS US Neue Bereiche des CMSSM-Parameterraums ausgeschlossen Bereiche mit geringer Jet-Aktivität kommen in Reichweite Leptonische Suchen ohne hohe HT-Selektion werden wichtiger 22

23 Zusammenfassung Leptonische SUSY-Suchen identifizieren das Auftreten von Neutralinos/Charginos anhand deren leptonischen Zerfall Abhängig vom SUSY-Modell werden Ereignisse mit/ohne SMBosonen und/oder hoher/geringer Jet-Aktivität erwartet SUSY-Suchen in div. Single-, Di- und Multilepton Signaturen In der Analyse der 2011er LHC-Daten wurde keine signifikanten Abweichungen von den SM-Erwartungen beobachtet Mit höherer Luminosität kommen Bereiche des SUSYParameterraums in Reichweite, in denen die elektroschwache Produktion dominiert, d.h geringere Jet-Aktivität der SUSYEreignisse erwartet wird 23

24 Backup 24

25 CMS SUS Same-Sign-Dilepton SUSY-Suche: jets + MET Untergrund-Bestimmung Nutze Isolations-Sidebands qq bb von Fakes dominiert Messe Isolation-Effizienz in ähnlichen Prozessen: qq bb Extrapolation in Signalbereich SM-Hauptbeitrag Prompt-Fake von Jets ttbar (zusätzlich Wjets, DY,VV) 25

26 Multilepton Susy-Suche: Ergebnis CMS SUS SUSY-Modell definiert Signal-Bereich, z.b. 4 Lepton Signaturen: 4ℓ + jets + MET 4ℓ + MET 3 Lepton Signaturen: 3ℓ + jets + MET 3ℓ + MET Daten kombatibel mit SM-Erwartung 26