Kurzfassung
Im Rahmen von Theorien jenseits des Standardmodells (BSM) mit einer kleinen Massendifferenz zwischen den beiden leichtesten postulierten Teilchen wird eine Suche nach schweren geladenen langlebigen Teilchen vorgestellt. Solche BSM-Modelle können anhand der Signatur einer Spur, die im inneren Spurdetektor verschwindet, aufgespürt werden. Das leichteste Teilchen im Endzustand des langlebigen Teilchenzerfalls ist ein Kandidat für dunkle Materie, deren Existenz aufgrund astrophysikalischer Hinweise vermutet wird.
Eine kleine Massendifferenz zwischen den beiden leichtesten neuen Teilchen kann beispielsweise zwischen dem Chargino und einem Neutralino im Rahmen des minimalen supersymmetrischen Standardmodells auftreten. Bei einer hinreichend kleinen Massendifferenz im Bereich von m(π)≲Δm≲200 MeV wird erwartet, dass das Chargino im CMS-Trackervolumen in niederenergetische Leptonen, die nicht rekonstruiert werden, oder Hadronen und ein leichtestes supersymmetrisches Teilchen zerfällt und eine kurze Spur hinterlässt, die dann zu verschwinden scheint. Die Signatur ist eine rekonstruierte Spur mit fehlenden Treffern in den äußeren Schichten des Trackers, wobei wenig oder gar keine Energie im Kalorimeter in der Nähe der Spur deponiert wird.
Es werden Ereignisse mit einer oder mehreren verschwindenden Spuren in Endzuständen mit mindestens einem Jet sowie mit und ohne Leptonen ausgewählt. Der leptonische Kanal dient der Produktion von Top- und Bottom-Squarks, bei denen Leptonen durch leptonische Top-Quark-Zerfälle entstehen können. Für beide Ereignistopologien wird die Analyse hinsichtlich der Anzahl der Jets, des fehlenden transversalen Impulses und der Anzahl von b-Jets gebinnt, um eine Sensitivität für den Chargino-Produktionsmechanismus zu erreichen. Eine weitere Unterteilung in Bezug auf den Energieverlust dE/dx bietet Sensitivität für die Chargino-Masse, da angenommen wird, dass das Chargino stark ionisierend ist.
Die dominanten Standardmodell-Untergründe von prompten Leptonen und nicht-echten Spuren werden mit Daten-getriebenen Untergrundbestimmungsmethoden quantifiziert.
Die Ergebnisse werden auf Grundlage von 137 fb⁻¹ von Proton-Proton-Kollisionen bei √s=13 TeV, die während Run 2 aufgezeichnet worden sind, vorgestellt.
A search for heavy charged long-lived particles is presented in the context of theories beyond the Standard Model (BSM) with a small mass splitting between the two lightest newly proposed particles. Such BSM models can be targeted using the signature of a track that disappears in the inner tracking detector. The lightest particle in the final state of the long-lived particle decay presents a candidate for dark matter, whose existence is strongly hinted at by astrophysical evidence. A small mass splitting between the two lightest new particles can for example occur between the chargino and a neutralino in the context of the minimal supersymmetric Standard Model. Given a sufficiently small mass splitting in the range of m(π)≲Δm≲200 MeV, the chargino is expected to decay in the CMS tracker volume into soft leptons, which are not reconstructed, or hadrons and a lightest supersymmetric particle, leaving a short track that then seems to disappear. The signature is a reconstructed track with missing hits in the outer layers of the tracker, with little or no energy deposited in the calorimeter in the neighborhood of the track's trajectory. Events are selected with one or more disappearing tracks in final states with at least one jet as well as with and without leptons. The leptonic channel serves to target top and bottom squark production, for which leptons can arise due to leptonic top quark decays. For both event topologies, the analysis is binned in terms of number of jets, missing transverse momentum, and the number of b-quark-tagged jets in order to provide sensitivity to the chargino production mechanism. A further binning in terms of the energy loss dE/dx provides sensitivity to the chargino mass, as the chargino is assumed to be highly ionizing. Data-driven methods are used to determine the Standard Model backgrounds, which can arise either as the result from mal-reconstructed leptons, or from tracks reconstructed from random combination of hits. Results are presented using 137 fb⁻¹ of proton-proton collision data at √s=13 TeV collected with the CMS experiment during Run 2.