Search for SUSY with a compressed mass spectrum in the single lepton channel with the CMS experiment

Das Standardmodell der Telchenphysik (SM) beschreibt die uns bekannten Teilchen und deren Wechselwirkungen mit bemerkenswerter Präzision. Es erklärt jedoch weder das Phänom der Dunklen Materie noch die Natürlichkeit der Higgs-Masse oder die Vereinheitlichung der elementaren Kräfte, was die Suche nach Physik jenseits des SM motiviert.Eine Erweiterung des SM ist die Supersymmetrie (SUSY), welche Antworten auf die beschriebenen Mängel des SM liefern kann. Im Rahmen der SUSY wird ein neues Spektrum von Teilchen eingeführt.Diese Teilchen werden Superpartnern genannt.Obwohl am LHC noch keine Superpartner beobachtet wurden, ist die Theorie nicht ausgeschlossen. Mehrere Bereiche des Parameterraums sind noch unzureichend getestet, insbesondere solche, die experimentell schwer zugänglich sind, obwohl sie aus theoretischer Sicht durchaus interessant wären.Ein Beispiel für ein solches Szenario ist die komprimierte (compressed) SUSY, bei der die Massendifferenz Δm zwischen dem zweit leichtesten Superpartner und dem leichtesten supersymmetrischen Teilchen (LSP) gering ist. Ein besonders interessanter Fall tritt ein, wenn das zweit leichteste Superpartner und dem leichte Top Squark (Stop) ist, weil dann große Beiträge zur Higgs-Masse vom Top Quark aufgehoben werden und die Natürlichkeit der Higgs-Masse motiviert werden kann.Bei noch kleinerem Δm kann das Stop Teilchen langlebig werden.In Szenarien der Koannihilation von Dunkler Materie ist solch ein kleines Δm zusätzlich motiviert, weil es die beobachtete Reliktdichte der Dunklen Materie reproduzieren kann.Experimentell haben die messbaren Endzustände einen sehr geringen transversalen Impuls und nur einen mäßigem Betrag an fehlendem transversalen Impuls, was eine Herausforderung für klassische Messungen am LHC darstellt.Diese Arbeit präsentiert eine Suche nach paarweise erzeugten Stopps in supersymmetrischen Modellen. Die Massendifferenz Δm zwischen dem Top Squark und dem LSP ist dabei kleiner als die W-Boson Masse und der Vierkörperzerfall im Endzustand mit einem einzelnen Lepton steht im Fokus.Die Studie verwendet Daten von Proton-Proton-Kollisionen, die vom CMS-Detektor bei einer Schwerpunktsenergie von √s=13 TeV während des Run 2 (2016–2018) aufgezeichnet wurden. Die integrierte Luminosität entspricht 138 fb-1.Um die Sensitivität für Prozesse mit niedrigen transversalen Impulsen zu maximieren, werden die Jet-Schwellenwerte auf 20 GeV reduziert und eine feinkörnige Unterteilung in transversaler Masse und Lepton transversalen Impuls verwendet, wobei die statistische Aussagekraft des vollständigen Datensatzes aus dem Run 2 genutzt wird. Die Arbeit konzentriert sich auf die Prompt-Interpretation (die Lebensdauer der erzeugten Stops ist Null), enthält aber auch Beiträge zu den parallel durchgeführten ergänzenden Suchen nach langlebigen Stop Teilchen.Die Analyse bleibt blind, da die Suche nach langlebigen Komponenten noch läuft.Es wurden erwartete 95\%-Konfidenz-Obergrenzen unter Verwendung von Asimov-Datensätzen in einem Profil-Likelihood-Ansatz ermittelt, die eine deutlich verbesserte Empfindlichkeit im Vergleich zu früheren Ergebnissen zeigen, die nur auf Daten aus dem Jahr 2016 basieren.