摘要: 粒子物理的标准模型是目前描述基本粒子与粒子间相互作用最成功的理论。随着2012年Higgs粒子在大型强子对撞机(LHC)上被ATLAS和CMS实验同时发现，标准模型终于完成了最后一块拼图。但标准模型仍有很多不足，比如Higgs规范等级问题、耦合常数统一问题、... 展开 粒子物理的标准模型是目前描述基本粒子与粒子间相互作用最成功的理论。随着2012年Higgs粒子在大型强子对撞机(LHC)上被ATLAS和CMS实验同时发现，标准模型终于完成了最后一块拼图。但标准模型仍有很多不足，比如Higgs规范等级问题、耦合常数统一问题、不能提供暗物质的解释等，因而粒子物理学家认为在更高的能标下，应该存在超出标准模型的新物理。 在众多超出标准模型的新物理理论模型中，超对称理论因拥有极其优美的理论结构，并能解决标准模型中存在的一系列问题，因此成为了新物理理论模型的热门候选者，寻找其理论预言的超对称粒子是ATLAS实验最主要物理目标之一。 论文主要介绍ATLAS实验利用2015年至2018年收集到的质心能量为13TeV，积分亮度为139fb-1的质子-质子对撞数据，进行不同产生衰变过程的超对称粒子寻找的研究。第一个分析是通过双τ末态研究(～τ)粒子直接产生过程，寻找理论预言的(～τ)粒子。超对称模型中的(～τ)-neutralino粒子共湮灭模型给出的暗物质密度与目前的宇宙学观测自洽，同时如果(～g)和(～q)粒子质量超出LHC探测范围，该过程将成为LHC上超对称粒子的主要产生过程之一。在此分析中，开发并使用了基于数据驱动的ABCD方法来准确估计强相互作用本底，大大减小了蒙特卡洛(MC)模拟不确定带来的误差。由于分析中没有发现明显超出标准模型的事例，因此对该分析使用的超对称简化模型的参数空间给出95％置信度下的排除限。在不考虑手征情况下，(～τ)粒子质量为120-390GeV的质量参数空间已被排除。而在仅考虑左手(～τ)粒子（(～τ)L）的情况下，(～τ)L质量为155-310GeV的质量参数空间已被排除。此分析首次给出ATLAS实验上(～τ)粒子质量排除限，是目前世界上最强的排除限。并首次给出了LHC实验上(～τ)粒子的质量排除限。该成果被ATLAS实验选为亮点物理简报(ATLASPhysicsBriefing)，并在LHCP2019和SUSY2019大会进行重点报道。与此同时，我们还对高亮度LHC(HL-LHC)上(～τ)粒子直接产生过程进行了预期研究。研究表明在质心系能量为14TeV，积分亮度为3000fb-1的情况下，预计可以发现质量在110-530GeV的(～τ)粒子，或排除质量小于730GeV的(～τ)粒子。 第二个分析是利用单轻子末态来研究gaugino粒子产生经由Wh衰变的过程，寻找超对称理论预言的gaugino粒子。如果(～g)和(～q)粒子质量超出LHC探测范围，gaugino粒子产生过程将成为LHC上超对称粒子的主要产生过程之一。另外，轻gaugino粒子的理论模型可以很好的解释目前缪子反常磁矩测量与标准模型预测的差异。因此该分析过程是超对称研究非常重要的一个过程。由于一轻子末态可以较好的压低强相互作用本底，因此拥有很好的信号本底区分能力。此分析选择了Higgs粒子衰变分支比较高的Higgs→bb和Higgs→ττ两个衰变过程分别进行研究。在Higgs→bb衰变道中，使用了多变量拟合方法，极大地提升了对不同质量信号模型的灵敏度。由于未发现明显超出标准模型的事例，因此对该分析使用的超对称简化模型的参数空间给出95％置信度下的排除限，分析表明gaugino粒子质量小于740GeV的质量参数空间已经被排除。在Higgs→ττ衰变道中，开发并使用了基于数据驱动的FakeFactor方法准确估计假陶子过程，大大减小了MC模拟不确定带来的误差。此模型预期对gaugino粒子质量小于340GeV的质量参数空间具有寻找和排除能力，该衰变道是ATLAS首次研究。 第三个分析是利用单轻子末态来寻找(～g)以及(～q)粒子。由于强相互作用超对称粒子产生截面较大，而一轻子末态可以较好的压低强相互作用本底，大大提高信号在信号区的显著性。因此通过一轻子末态来对(～g)和(～q)粒子进行寻找是强相互作用超对称粒子寻找中的经典热门课题。在此分析中，使用了多变量拟合方法，极大地提升了信号的统计显著性。由于未观测到超出标准模型事例，基于分析使用的超对称简化模型，在95％置信度下，质量低于2.2(1.4)TeV的(～g)（(～q))粒子的参数区间已被实验排除，有效扩展了以前的质量参数排除区间。 收起