Supersymmetry searches in dilepton final states with the ATLAS experiment

Abstract

One of the main goals of the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider (LHC) at CERN in Geneva is the search for new physics beyond the Standard Model. In 2011, proton-proton collisions were performed at the LHC at a center of mass energy of 7 TeV and an integrated luminosity of 4.7 fb^{-1} was recorded. This dataset can be tested for one of the most promising theories beyond limits achieved thus far: supersymmetry. Final states in supersymmetry events at the LHC contain highly energetic jets and sizeable missing transverse energy. The additional requirement of events with highly energetic leptons simplifies the control of the backgrounds. This work presents results of a search for supersymmetry in the inclusive dilepton channel. Special emphasis is put on the search within the Gauge-Mediated Symmetry Breaking (GMSB) scenario in which the supersymmetry breaking is mediated via gauge fields. Statistically independent Control Regions\r\nfor the dominant Standard Model backgrounds as well as Signal Regions for a discovery of a possible supersymmetry signal are defined and optimized. A simultaneous fit of the background normalizations in the Control Regions via the profile likelihood method allows for a precise prediction of the backgrounds in the Signal Regions and thus increases the sensitivity to several supersymmetry models. Systematic uncertainties on the background prediction are constrained via the jet multiplicity distribution in the Control Regions driven by data. The observed data are consistent with the Standard Model expectation. New limits within the GMSB and the minimal Supergravity (mSUGRA) scenario as well as for several simplified supersymmetry models are set or extended.

Eines der wesentlichen Ziele des ATLAS-Experiments am Large Hadron Collider (LHC) am CERN in Genf ist die Suche nach neuer Physik jenseits des Standardmodells. Im Jahr 2011 wurden dazu am LHC Proton-Proton-Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von 7 TeV durchgeführt und eine integrierte Luminosität von 4.7 fb^{-1} aufgezeichnet. Die gewonnenen Daten ermöglichen es, eine der vielversprechendsten Theorien jenseits bisher erreichter Grenzen zu testen: Die Supersymmetrie. Endzustände in Supersymmetrie-Ereignissen am LHC sind gekennzeichnet durch hochenergetische Jets und erhebliche fehlende Transversalenergie. Die zusätzliche Forderung nach Ereignissen mit hochenergetischen Leptonen vereinfacht das Kontrollieren der Untergründe. Die Arbeit präsentiert Ergebnisse zur Suche nach Supersymmetrie im inklusiven Dilepton-Kanal. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf der Suche innerhalb des Gauge-Mediated Symmetry Breaking (GMSB)-Szenarios, in dem die Supersymmetrie-Brechung durch Eichfelder vermittelt wird. Statistisch unabhängige Kontrollregionen für die dominanten Standardmodell-Untergründe sowie Signalregionen zum Nachweis eines möglichen Supersymmetrie-Signals\r\nwerden definiert und optimiert. Die simultane Anpassung der Normierungen der Standardmodell-Untergründe in den Kontrollregionen mit Hilfe der \"profile likelihood\"-Methode ermöglicht eine präzise Vorhersage der Untergrunderwartung in den Signalregionen und steigert die Sensitivität der Analyse auf verschiedene Supersymmetrie-Modelle. Systematische Fehler auf die Untergrundvorhersage werden dabei mit Hilfe der Jet-Multiplizitätsverteilung in den Kontrollregionen datenbasiert eingeschränkt. Die beobachteten Daten stimmen gut mit der Standardmodell-Untergrunderwartung überein. Neue Grenzen innerhalb des GMSB- und minimal Supergravity (mSUGRA)-Szenarios sowie für verschiedene vereinfachte Supersymmetrie-Modelle werden gesetzt oder erweitert.