Suche nach Supersymmetrie in Endzuständen mit einem Lepton, Jets und fehlender Transversalenergie mit dem ATLAS-Experiment

Abstract

Diese Arbeit beschreibt aufeinander aufbauende Datenanalysen zur Suche nach Supersymmetrie in Proton-Proton-Kollisionsereignissen, die Endzustände mit einem Lepton, Jets und fehlender Transversalenergie besitzen und am ATLAS-Experiment am Large Hadron Collider am CERN in den Jahren 2015 und 2016 bei einer Schwerpunktsenergie von 13 TeV mit einer integrierten Luminosität von insgesamt 36,1 fb-1 aufgenommen wurden. Zur Definition und Optimierung der Signalregionen werden vereinfachte Modelle der Paarproduktion von Squarks und Gluinos verwendet. Die Standardmodell-Untergrunderwartung wird mit Monte-Carlo-Simulationen abgeschätzt, wobei die Normierungen und systematischen Unsicherheiten der Hauptuntergründe datenbasiert in dedizierten und statistisch unabhängigen Kontrollregionen extrahiert und in die Signalregionen extrapoliert werden. Durch eine simultane Anpassung mit Hilfe der Profile-Likelihood-Methode wird so eine präzise Untergrundvorhersage in den Signalregionen ermöglicht. Zur Sensitivitätssteigerung über weite Massenbereiche in den Parameterräumen der Signalszenarien werden Formunterschiede zwischen den Signalverteilungen der effektiven Masse in Abhängigkeit der Modellparameter ausgenutzt. Die dabei erarbeitete Methode zur Rückgewinnung von Forminformationen durch Extrapolation aus gelockerten Regionen reduziert statistisch bedingte Formunsicherheiten der Untergrundverteilungen und ermöglicht somit eine realistischere Untergrundvorhersage in der Signalregionsverteilung. Die beobachteten Daten stimmen in allen Regionen mit der Standardmodellerwartung überein. Daher werden Ausschlussgrenzen in den betrachteten SUSY-Signalszenarien gesetzt, wobei die Ergebnisse der jeweils vorherigen Suchen am LHC weit übertroffen wurden.

This work describes a search for supersymmetric particles. Successive data analyses of proton-proton collisions, recorded at the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider at CERN in 2015 and 2016 at a center-of-mass energy of 13 TeV with a total integrated luminosity of 36.1 fb-1, with final states with one isolated lepton, high-energy jets and missing transverse energy were performed. Simplified models of squark and gluino pair production are used for signal region definitions and optimizations. The estimation of Standard Model background is based on Monte-Carlo simulations. Normalizations and systematic uncertainties are extracted from data in dedicated control regions and are extrapolated into the signal regions using a simultaneous profile likelihood fit. Shape differences between the signal distributions of the effective mass are considered to increase the sensitivity for a wide range of masses in the parameter spaces of the signal scenarios. An extrapolation method is developed to recover shape information from relaxed regions to provide a more realistic background prediction. The observed data is consistent with the Standard Model expectation in all regions. Therefore exclusion limits are set in the considered SUSY signal scenarios whereby the results of previous searches at ATLAS could be surpassed by far.