83d3f88b805f258006435232f1d8a81e
Adrien Renaud (LAL-Orsay IN2P3/CNRS and Université Paris-Sud)
for the Atlas collaboration.
atlasvert
Search for supersymmetry viaresonant final states with theATLAS detector
HEP2012 – Valparaiso, Chile
January 6, 2012
 PRL     (arXiv:1103.5559)
 EPJC   (arXiv:1109.3089)
 EPJCL (arXiv:1110.2693)
lal
2
Overview
1) Introduction
2) RPV tau sneutrino search in the eμ final state
3) Scalar gluon search in the four jets final state
4) Conclusion
figaux_06
Atlantis-800GeVjet_158548_2486978
3
Susy via Resonances ??
MSSM:
- particles with L or B numbers
- renormalizable terms violate L or B
Potential disaster:
- much too fast proton decay
RP conservation:
- PR = (-1)2S • (-1)3(B-L)
- forbids L and B violating terms
- PR+1 (-1) for SM (SUSY) particles
- LSP stable, in all cascade decays, DM
No resonances
-->  look for an excess in SM tail
4
Susy via Resonances ??
Beyond MSSM with RP conservation:
Extended supersymmetry:
     -- minimal ? new pheno ? flavor-violation ? dirac gauginos ? …
     -- new particles with PR = +1  --> resonances in RP conserved susy !
Rviolated susy:
     -- B and L conservation ? neutrino masses and mixing ? …
     -- some of the couplings have to be small --> stable proton
--> Scalar-gluon search
--> RPV tau sneutrino search
5
Introduction to RPV Sneutrino search
Search for RPV sneutrino with lepton number violation decay:
- eμ clean signature with low SM background
- previous limit from low energy tau branching ratio:
       λ311 < 0.11 and λ312 < 0.07 for Mslepton = Msquark = 100 GeV
         λ311 ≠ 0  and  λ312 ≠ 0
6
Event Selection
Using L=1.07 fb-1: 2011 data
Single lepton (e, μtrigger (100±1%)
Electron:
-- p> 25 GeV
-- |η| < 1.37  or  1.42 < |η| < 2.47
-- isolated in EM calorimeter
-- shower shape requirements
Muon:
-- p> 25 GeV
-- |η| < 2.4
-- reconstructed in ID and MS
-- isolated in the ID
- Exactly one muon and one electron with opposite-sign charge
- No requirements on #jets and ETmiss
Signal generated with HERWIG + JIMMY
                     + NLO k-factor
7
Highest invariant mass (662 GeV) eμ event
figaux_06
8
Backgrounds
Physics backgrounds (real leptons)
  -- Z/γ*->tau,tau  top pair   single top   WW, WZ, ZZ
  -- Estimated using MC corrected for data/MC differences
Instrumental background (lepton faked by photon or jet)
   -- W/Z+γ estimated using MC
   -- SM multijet and W/Z+jets estimated using data-driven
       matrix method:
            1) Define loose and tight lepton definitions
            2) Apply on all events to get NTT,NTL,NLT,NLL
            3) Determine efficiency (r) and fake rate (f) for a lepton that
                has  passed the loose definition to also pass the tight definition
            4) Solve the 4*4 matrix:
9
Data / Background
fig_01
Kolmogorov-Smirnov test probability: 56%
Data consistent with absence of new physics
Final observable:
10
Limits
fig_02b
fig_02a
Excluded @ 95% CL:
  - 135 fb @ 100 GeV
  - 4.5  fb @ 1     TeV
Excluded @ 95% CL:
  - 1.32 TeV for  λ′311 = 0.10 and λ312 = 0.05
  - 1.45 TeV for  λ′311 = 0.11 and λ312  = 0.07
Bayesian method (uniform prior for signal cross section):
Best limits for:
  - Msneutrino > 270 GeV
11
Introduction to scalar-gluon search
Non minimal realisations of SUSY:
 Extended SUSY: hybrid N=1/N=2
 Extended R-Parity: MRSSM
Sgluon = Scalar color-octet with SM-like PR
Production:
Decay:
Wojciech Kotlarski @7TeV
Pair production
Single production
glugludiag
A 4-jets final state:
Diff cross section from PL.B672,2009
implemented as external process
to PYTHIA
12
Analysis strategy
 4 jets pT  > 0.55 * Msgluon
 ΔRjj         <   1.6
 |Cos(θ*)|  <  0.5
 |M1–M2|/(M1+M2) < 0.075
Look for an excess in the (M1+M2)/2  distribution.
Combinatory:
Event selection:
Using L=34 pb-1: 2010 data
Multijet trigger: 4 jets pT > 55 GeV
                           --> Low threshold = low mass
~same amount recorded in 2011 for this threshold
Scalar production at rest suppressed by factor β
          -- >   “ Slightly Boosted ”   regime
glugludiag
Minimize :
   ΔRij – 1 | + |ΔRkl - 1|
Where ijkl are the 4 leading jets
13
Multijet Event
Atlantis-800GeVjet_158548_2486978
14
DATA-driven BGR estimation
ABCD method:
 NA   =   NB * N/ ND
 Take shape of final observable
   in region B via a fit:
JHEP09(2011)074
Only Simulation
Background
Background estimation
Signal
Background + Signal
|M1–M2|/(M1+M2)
|Cos(θ*)|
C
D
B
A
0.5  0.7
7.5%
15
ABCD results  (1/2)
Prediction within
1-2 sigma stat
Reasonably good fit
Good agreement A/B
Agreement between data and background prediction:
16
ABCD results  (2/2)
Systematic uncertainties
17
Limits
Profile likelihood ratio and CLS approach :
Likelihood is the Product of :
    -- Poisson for each bin (shape analysis)
    -- Gaussian for each systematic uncertainty
 Contamination in ABCDmethod.
 Correlations betweensystematic.
Excluded σ @ 95% CL :
1 nb      @ 100 GeV
200 bp @ 200 GeV
Excluded @ 95% CL:
 Sgluon : 100-185 GeV(except  5 GeV around 140 GeV)
L = 34 pb-1:
18
Conclusion
Search for tau sneutrino decaying to eμ:
   -- limits for sneutrino mass vs coupling in RPV  (0.1 – 2. TeV)
Search for pair-produced sgluon decaying to four-jets:
   -- limits for low mass colored scalar  (100 – 200 GeV)
Other interpretations already available (LFV Z’, hypercolor).
More to come with higher Luminosity, Energy, refined analysis
 Already 3 published papers 
Funny link between 2 analysis:
   - slightly modified analysis to search for RPV stops !
q
q
Λ’’313
19
Spare
20
The ATLAS detector
21
Jet reconstruction
Jets :
    --  Anti-kt R=0.6
    --  EM+JES calibration
    --  p> 20 GeV && |η| < 2.8
0803015_01-A5-at-72-dpi
JER
JES
22
RPV sneutrino search
figaux_03
ETmiss not used in the analysis
to make the search moregeneric
23
Other interpretations
Z′ gauge bosons with lepton flavorviolating (LFV) interactions
--> Same analysis as for stau sneutrino
Hypercolor model:
Hyperpion, scalar color octet
--> Same as analysis as sgluon
24
Data / MC (1/2)
ALPGEN+HERWIG+JIMMY
SM-multijet production
after pT cut
(4 jets pT>55 GeV -> M=100GeV)
1)  4 jets pT  > 0.55 * Msgluon
    --> sliding cut
2)   ΔR(jj)     <   1.6
25
Data/MC (2/2)
After pcut and ΔR cuts
After all cuts but  cos(θ*)
- Reasonably good description
- Ratio compatible with 1 evenwithout JES uncertainty
- large MC stat uncertainty
3) |M1–M2|/(M1+M2) < 0.075
4) |Cos(θ*)|  <  0.5
26
Data / Background
figaux_01
figaux_02
Good agreement with SMprediction