[論文レビュー] Aspects of GMSB Phenomenology at TeV Colliders

S. Ambrosanio, S. Heinemeyer+5 more|ArXiv.org|Feb 17, 2000

Particle Detector Development and Performance参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、TeVエネルギーカラダーにおけるゲージ媒介超対称性破れ（GMSB）の2つの主要な側面を調査する。1つ目は、GMSBモデルにおける最軽いヒッグスボソンの質量であり、2つ目はLHCにおける基本的超対称性破れスケール √F の測定である。二ループ計算とATLAS検出器のシミュレーションを用いて、最小GMSBモデルではヒッグス質量が約124 GeVで上限に達することを示し、またcτが0.5 mから1 kmの範囲にある場合、特に1–10 mおよび50–80 mの寿命を持つ Slepton NLSP では、√F が約10%の精度で測定可能であることが判明した。

ABSTRACT

The status of two on-going studies concerning important aspects of the phenomenology of gauge-mediated supersymmetry breaking (GMSB) models at TeV colliders is reported. The first study deals with the characteristics of the light Higgs boson spectrum allowed by the (minimal and non-minimal) GMSB framework. Today's most accurate GMSB model generation and two-loop Feynman-diagrammatic calculation of m_h have been combined. The Higgs masses are shown in dependence of various model parameters at the messenger and electroweak scales. In the minimal model, an upper limit on m_h of about 124 GeV is found for m_t = 175 GeV. The second study is focused on the measurement of the fundamental SUSY breaking scale sqrt(F) at the LHC in the GMSB scenario where a stau is the next-to-lightest SUSY particle (NLSP) and decays into a gravitino with c*tau_NLSP in the range 0.5 m to 1 km. This implies the measurement of mass and lifetime of long lived sleptons. The identification is performed by determining the time of flight in the ATLAS muon chambers. Accessible range and precision on sqrt(F) achievable with a counting method are assessed.

研究の動機と目的

• 二ループフェยマン図計算を用いて、最小および非最小GMSBモデルにおける最軽いヒッグスボソン質量の上限を特定すること。
• 長寿命スフェルミオンを伴うGMSBシナリオにおいて、LHCで基本的超対称性破れスケール √F を測定可能かどうかを評価すること。
• ストーキーまたはスフェルミオンNLSPを対象とした、ATLASミューオン・チェンバーズにおける飛行時間測定技術を用いた √F 測定の精度を評価すること。
• 代表的なGMSBモデル点における、cτ および √F 測定に及ぼす統計的および系統的誤差の影響を定量化すること。
• 現実的な検出器および光度条件の下で、√F が1000–30000 TeVの範囲に達する可能性を検討すること。

提案手法

• 二ループフェイマン図計算によるヒッグス質量 m_h と、最も正確なGMSBモデル生成を組み合わせ、m_h がメッセージン粒子および電弱スケールパラメータに依存する様子を特定する。
• 8つの代表的GMSBモデルの粒子レベルモンテカルロシミュレーションを用いて、長寿命スフェルミオンを含む超対称性粒子生成および崩壊チェーンをモデル化する。
• ATLASミューオン・チェンバーズにおける飛行時間測定に基づく計数法を適用し、長寿命NLSPの正しい飛行時間（cτ）を特定する。
• 統計的および系統的誤差（測定比 R の1%および5%と仮定）を伝播させて、cτ の不確実性を推定し、その後、誤差伝播により √F の不確実性を算出する。
• 崩壊幅の式 cτ ∝ (1/√F)^4 × m_NLSP^5 を用いて、スフェルミオン崩壊のBR ≈ 1 と仮定し、測定された cτ と NLSP 質量から √F を導出する。
• 誤差伝播を実行し、√F の相対不確実性を (1/4)×(Δcτ/cτ) と (5/4)×(Δm_NLSP/m_NLSP) の二乗和の平方根として計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在の二ループ計算およびトップクォーク質量175 GeVを前提とした場合、最小GMSBモデルにおける最軽いヒッグスボソン質量の最大値は何か？
• RQ2 cτ が0.5 mから1 kmの範囲にある長寿命スフェルミオンを対象とした飛行時間測定技術を用いて、LHCで基本的超対称性破れスケール √F を測定可能か？
• RQ3 cτ の異なる範囲および系統的誤差の仮定（1% 対 5%）の下で、√F の測定精度はどの程度達成可能か？
• RQ4 cτ および m_NLSP の統計的誤差が、特に √F の理論的下限に近い領域での √F 測定の最終的精度にどのように影響するか？
• RQ5 どの範囲の √F 値で、代表的GMSBモデル点において10%未満の精度が達成可能か？

主な発見

• 最小GMSBモデルでは、トップクォーク質量が175 GeVの場合、最軽いヒッグスボソン質量は約124 GeVで上限に達する。
• cτ 決定に用いる測定比 R の系統的誤差が1%の場合、0.5 mから1 kmの寿命の範囲でcτの精度が10%未満に達し、特に1–10 mおよび50–80 mの範囲で顕著である。
• 系統的誤差が5%の場合、cτの10%精度は1–10 mの寿命範囲でのみ達成可能であり、系統的誤差に非常に敏感であることが示された。
• クォーク質量が1200 GeVまでの場合、系統的誤差1%の下で0.5–1 km範囲でcτの10%精度が達成可能だが、純粋な統計的誤差の下では2 TeVまでの質量では達成できない。
• cτ が5–100 mの範囲で系統的誤差1%の下では、高い質量スケールでも√Fの20%精度が達成可能である。
• √F が1000–4000 TeVの範囲では、十分な統計的データを有するモデル点B1–B4では10%未満の精度が達成可能であり、より重いNLSPモデル（例：B5–B8）では、相対誤差が小さくなるため、より高い√F値も小誤差で探査可能である。