SUSY  searches  at  CMS  

Claudio  Campagnari  UC  Santa  Barbara  

1  

Outline  

•  Brief  re-­‐cap  of  2010-­‐11  results  (7  TeV)  •  Next  fronFer  (1):  Natural  SUSY  •  Next  fronFer  (2):  EWK-­‐ino  •  Next  fronFer  (3):  compressed  spectra  •  A  few  words  about  RPV  SUSY  (also  Stealth  SUSY)    •  8  TeV  data,  first  look  •  CommunicaFon  of  results  •  Conclusions  

2  

SUSY  searches  at  7  TeV  

The  iniFal  SUSY  program  at  CMS  was  designed  to  be  1. Generic  –  Signature  based  searches  not  tuned  to  a  parFcular  SUSY  model  

2. Broad  –  Cover  many  possible  signatures.  –  Use  different  methods  

•  eg:  4  methods/variables  for  the  all  hadronic  channel  (αT,  MHT,  MT2,  razor)  •  CounFng  as  well  as  shapes  

3. Robust  –  As  “data  driven”  and  MC-­‐less  as  possible  

•  eg:  standard  method  of  normalizing  MC  to  control  region  and  “extrapolate”  to  signal  region  is  used  as  li_le  as  possible    

3  

Example:  ETmiss  spectrum  in  single  leptons  

4  

ContribuFon  from  SM  dileptons  esFmated  from  data  dilepton  sample    

BG  from  dileptons  +  SM  single  lepton,  esFmated  from  data  lepton  PT  spectrum  

Final  states  we  looked  at  (all  with  ETmiss)  

•  Fully  hadronic  •  1  lepton  •  2  leptons  –  Same-­‐sign  – Opposite  sign,  but  not  Z  –  Z  

•  MulFleptons  •  1  photon  •  2  photons  

5  

In  almost  all  cases  “lepton”    also  means  τ

Most  of  these  searches  have  a  version  with  b-­‐tags  

We  find  no  excess  of  events  over  the  SM    

6  

CMSSM  interpretaFon  

7  

SMS  interpretaFon  

8  

The  next  fronFer  (1):  “Natural  SUSY”  

•  CMS  &  ATLAS  searches  have  excluded  light  squarks  and  gluinos  up  to  ~  1  TeV  

•  But  are  generally  not  as  sensiFve  to  3rd  generaFon  squarks  

•  RelaFvely  light  stops  are  needed  for  naturalness  – Gluino  cannot  be  too  heavy  either  

     Stop  is  the  flavour  du  jour  at  the  CERN  cafeteria  

9  

Looking  for  natural  SUSY  

•  Search  for  stops  and  sbo_oms  in  gluino  decays  –  Because  in  natural  SUSY  the  gluino  cannot  be  too  heavy  –  Because  if  the  other  squarks  are  very  heavy,  then  the  gluino  will  decay  into  sbo_oms  and  stops  with  high  BR  

•  Search  for  stop  and  sbo_om  pair  producFon  –  To  close  the  loophole  that  the  “gluino  is  too  heavy”    

•  ExisFng  “generic”  searches  can  be  re-­‐interpreted  in  this  context  –  There  is  sensiFvity!  

•  New  targeted  searches  are  being  developed  for  pair  producFon  – A  change  of  modus  operandi  at  CMS….no  real  results  yet  

10  

Stop  from  gluino  decays  

11  

Simplified  

12  

13  

Same  as  previous  page,  but  for  sbo3oms  

Sbo_oms  from  gluinos  again,  but  different  sbo_om  decay  mode  

14  

Early  8  TeV  result  

Stop  Pair  ProducFon  

More  dedicated  searches  in  the  works  

15  

Sbo_om  pair  producFon  (1)  

16  

P1

P2

b̃!

b̃

b̄

!̃01

!̃01

b

Sbo_om  pair  producFon  (2)  

17  

Early  8  TeV  result  

The  next  fronFer  (2):  EWK  producFon  High  Luminosity  à  begin  to  be  sensiFve  to  EWK  producFon  

18  

10-3

10-2

10-1

1

10

100 200 300 400 500 600 700 800 900

˜ 2o ˜ 1

+

˜e˜e*

t̃1t̃1*

q̃q̃

q̃q̃*

g̃g̃

q̃g̃

˜ 2og̃

˜ 2oq̃LO

maverage !GeV"

tot!pb": pp SUSY S = 7 TeV

Prospino2.1

average SUSY particle mass [GeV]"

http://www.thphys.uni-heidelberg.de/~plehn/"

19  

P1

P2

!̃±

1

!̃02

"̃

"̃

#

"

!̃01

!̃01

"

"

P1

P2

!̃±

1

!̃02

"̃

#̃

#

"

!̃01

!̃01

#

#

P1

P2

!̃±

1

!̃02

W

Z

!̃01

!̃01

P1

P2

!̃02

!̃03

Z

Z

!̃01

!̃01

Models  with  decays  into  sleptons   Models  with  decays  into  W  and  Z  

•  Trilepton  +  MET  final  states  •  Same-­‐sign  dileptons  to  increase  eff.  

•  Zàℓℓ  +  ℓ  +  MET    •  Zàℓℓ  +  W/Zàjet-­‐jet  +  MET    •  Four  leptons  

20  

χ+χ0 Limits Limits  in  GMSB  model  with  high  rate  of  ZZ+MET  

New  7  TeV  result  

[GeV]µ140 160 180 200 220 240 260 280 300

[fb]

σ

210

310

combined observed UL)σ1±combined median expected UL (

2j observed ULl2 observed ULl4

)σ1± theory (NLOσ

CMS Preliminary -1 = 4.98 fbint = 7 TeV, Ls

missTGMSB ZZ + E

[GeV]±

1χ∼

= m02χ∼

m100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

[GeV

]0 1χ∼

m

0

100

200

300

400

500

600

700

800LEP2 slepton limitLEP2 chargino limit

)=0.5)l , BF(3Ll~ ( miss

T+El3)=1)τ-l+l , BF(Rl

~ ( missT+El3

)=0.5)l , BF(3Ll~(SS) ( l & 2T+Mll+Ml3

)=1)τ-l+l , BF(Rl~(SS) ( l & 2T+Mll+Ml3

, BF(WZ)=1)l~ (no T+Mll+Ml2j & 3l2

01χ∼

m + 0.5±

1χ∼

m = 0.5l~m

01χ∼m >

±

1χ∼ = m0

2χ∼m

CMS Preliminary -1 = 4.98 fbint = 7 TeV, Ls

[1] K. Matchev and S. Thomas, "http://prd.aps.org/abstract/PRD/v62/i7/e077702"[2] P. Meade, M. Reece, and D. Shih "http://www.springerlink.com/content/yg780th511075556/?MUD=MP"[3] J. Ruderman and D. Shih http://arxiv.org/abs/1103.6083"

Next  FronFer  (3)  :  compressed  spectra  

21  

SensiFvity  turns  over  as  spectrum  becomes  compressed  

This  area  is  (conservaFvely?)  not  probed  unFl  the  producFon  details  are  be_er  understood      

Compressed  spectra…what’s  coming  

•  New  analysis  techniques  under  development  

•  “Parked”  triggers  – Lower  thresholds  on  MET  and  jets  – To  be  processed  at  the  end  of  2012  

22  

What  about  RPV  SUSY?  •  Not  studied  in  a  great  deal  of  detail  •  Lots  of  possibiliFes  •  However:  many  of  the  “exoFca”  searches  are  de-­‐facto  sensiFve  to    RPV  signatures  –  Because  they  tend  to  look  at  high  mass  scales  –  Example:  3rd  generaFon  leptoquark  search  interpreted  as  stop  search  in  RPV  SUSY  (EXO-­‐12-­‐002)    

•  Same-­‐sign  SUSY  dilepton  searches  are  also  sensiFve  –  Because  the  ETmiss  requirements  are  quite  loose    

•  A  systemaFc  characterizaFon  is  missing    –  Is  it  even  possible?      

23  

An  RPV  example:  gluinoà3  quarks    

24  

Exclude  gluino  masses  below  460  GeV  (assuming  100%  BR  into  three  jets)  

Stealth  SUSY  

25  

Almost  degenerate  hidden  sector  parFcles,  results  in  very  li_le  ETmiss    

•  Two  photons  and  at  least  4  jets  •  First  search  of  this  kind  •  Signal  is  excess  of  high  ST  =  HT  +  Etmiss  +  ΣPT(γ)

•  This  is  a  variable  that  is  sensiFve  to  high  mass  scales    

26  

Exclude  squark  masses  below  1430  GeV  

8  TeV  data  

A  few  searches  updated  with  ~  4  t-­‐1    @  8  TeV    

–  Hadronic αT  –  Same-­‐sign  dileptons  with  b-­‐tags  

–  Photon(s)  +  MET  

27  

Unfortunately,  no  excess  to  report  

28  

Early  8  TeV  results  

Extend  the  gluino  exclusion  in  these  scenarios  which  are  interesFng  because  of  naturalness  by  ~  60  GeV  

Gauge-­‐mediated  SUSY  breaking  scenarios    Depending  on  the  nature  of  χ0,  single  or    double  photon  final  states  can  dominate    

29  

γγ  +  MET  

γ  +  MET  

Early  8  TeV  results  

CommunicaFon  of  Results  (1)  

•  Three  years  ago  many  were  hoping  (dreaming?)  that  at  SUSY12  we  would  be  basking  in  the  glory  of    the  discovery  of  SUSY  

•  And  we  would  be  having  spirited  discussions  on  how  to  disentangle  the  SUSY  spectrum  – LHC  Inverse  Problem  anyone?  

•  Alas,  it’s  limits-­‐all-­‐the-­‐9me  

30  

CommunicaFons  of  Results  (2)  

•  We  make  many  pre_y  colorful  plots….  

•  There  have  been  many  discussions  on  how  to  make  our  results  as  useful  as  possible  for  the  community  – Some  quite  ambiFous  

•  At  CMS  we  pursue  two  complementary  relaFvely  simple  avenues  

31  

Avenue  1:  SMS  efficiency  maps  Can  be  used  by  a  phenomenologist  to  “calibrate”  a  “simple”  MC    

32  

Example  efficiency  map  for  αT    search  for  well  defined  Simplified  Model  

P1

P2

g̃

g̃

q̄

q

!̃01

!̃01

q̄

q

Avenue  2:  Provide  efficiency  and  turn  on  curves  

33  

To  be  used  by  phenomenologist  to  “build”  a  “simple”  MC  

Example  from  SameSign  dilepton  analysis:  lepton  efficiencies  and  HT  turn-­‐on  curves  

Feedback  by  users  of  these  informaFon  appreciated  

Conclusions  

•  Probed  a  wide  variety  of  SUSY-­‐moFvated  final  states  •  Nothing  found  so  far,  but  developed  detailed  understanding  of  BG  à  prerequisite  for  discovery  

•  TransiFoning  to  targeted  searches  opFmized  for  specific,  well-­‐moFvated  models  (eg.  ewk  SUSY,  natural  SUSY)  

•  Analyses  of  8  TeV  data  are  in  progress.    Expect  ~  20  t-­‐1  by  the  end  of  the  year  

•  Stay  tuned  

34  

Much  more  on  CMS  SUSY  results  in  parallel  sessions  

•  B.  Casal  Larana    –  Searches  for  SUSY  in  hadronic  final  

states  at  CMS  •  I.  Melzer-­‐Pellmann  

–   Searches  for  SUSY  in  final  states  with  single  leptons  at  CMS  

•  D.  Sprenger  –  Searches  for  SUSY  in  events  with  

di-­‐leptons  at  CMS  •  K.  Theofilatos  

–  Searches  for  SUSY  in  final  states  with  photons  at  CMS  

•  C.  Sanders  –  Searches  for  SUSY  in  events  with  

taus  at  CMS  

•  W.  Waltenberger  –  InterpretaFons  of  CMS  SUSY  

analyses  in  the  simplified  model  space  (SMS)    

•  M.  D'Alfonso  –  Searches  for  top  and  bo_om  

squarks  at  CMS  •  D.  Dobur  

–  Search  for  chargino  or  neutralino  producFon  at  CMS  

•  Y.  Chen  –  New  results  using  the  razor  at  the  

LHC  •  A.  Bhay  

–  Search  for  Dark  Ma_er  at  CMS  

35  

h_ps://twiki.cern.ch/twiki/bin/view/CMSPublic/PhysicsResultsSUS  

The  End  

36  

37  

τh τhτh

38