[論文レビュー] Detection of Long-Lived Particles in Run II with D0

Dave Cutts, G. Landsberg|ArXiv.org|Apr 19, 1999

Particle Detector Development and Performance被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、フェルミラブ・テバトロンのRun IIにおいて、アップグレードされたD0検出器を用いて長寿命粒子（LLP）を複数の手法を用いて検出する戦略を提案している。主に光子指向、dE/dx、および飛行時間（time-of-flight）手法を用い、特にゲージ媒介超対称性（Gauge Mediated Supersymmetry）モデルにおけるLLPの同定可能性を示している。BTMSSMワーキンググループの超対称性／ヒッグス物理学プログラムの文脈においても、LLPの同定が可能であることを示している。

ABSTRACT

We discuss possibilities of detecting neutral and charged long-lived particles with the upgraded D0 detector in Run II of the Fermilab Tevatron accelerator, using photon pointing, dE/dx, and time-of-flight techniques. Such particles appear in many SM extensions, e.g., Gauge Mediated SUSY. This work has been done in the context of the BTMSSM Working group of the Run II SUSY/Higgs Workshop at Fermilab.

研究の動機と目的

• 標準模型を超える新しい物理の文脈において、フェルミラブ・テバトロンのアップグレード済みD0検出器が長寿命粒子（LLP）を検出する感度を調査すること。
• D0検出器のアップグレードされた構成において、複数の実験的手法を用いて中性および荷電LLPを同定する可能性を評価すること。
• Run IIにおける超対称性およびヒッグス物理学の署名を同定するためのBTMSSMワーキンググループの取り組みに貢献すること。
• 特にゲージ媒介超対称性破壊（GMSB）モデルに由来するLLPシナリオをD0がどのように探査できるかを評価すること。
• ハドロン衝突環境において運動量および粒子識別手法を統合するLLP検出のフレームワークを提供すること。

提案手法

• LLP崩壊から生じるずれた光子を同定するため、D0検出器の高分解能コメータメータを活用した光子指向手法を用いる。
• トラッキング系におけるdE/dx測定を適用し、標準模型のバックグラウンドから長寿命荷電粒子を区別する。
• 飛行時間（TOF）サブ検出器を用いた飛行時間測定を実施し、長大な経路長を持つ遅い速度の荷電粒子を同定する。
• 光子指向、dE/dx、およびTOFの複数の検出手法を組み合わせることで、多様な崩壊モードおよび寿命を持つLLPに対する感度を向上させる。
• GMSBシナリオにおけるLLP信号の検出器応答およびバックグラウンド排除効率をモデル化する。
• LLP検出の最適な信号領域を特定するため、D0検出器の幾何的および運動論的カバレッジを分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フェルミラブ・テバトロンのアップグレード済みD0検出器は、長寿命中性粒子のずれた光子の署名を用いて検出可能か？
• RQ2 dE/dxおよび飛行時間測定は、マクロな崩壊長を持つ長寿命荷電粒子を同定するのにどの程度効果的か？
• RQ3 特定の寿命および質量を持つゲージ媒介超対称性モデルにおけるD0検出器のLLPに対する感度はいかほどか？
• RQ4 光子指向、dE/dx、およびTOF手法を統合することで、LLP検出における信号対バックグラウンド比はどの程度向上するか？
• RQ5 Run IIにおけるLLP探索の範囲を規定する主な運動論的および幾何的制約は何か？

主な発見

• アップグレードされたD0コメータメータのおかげで、長寿命中性粒子の崩壊から生じるずれた光子の検出に効果的な光子指向が可能になった。
• トラッキング系におけるdE/dx測定により、高速粒子の抑制が強く実現され、遅い速度の荷電LLPに対する感度が向上した。
• 飛行時間測定により、粒子の速度および経路長を測定することで、長寿命荷電粒子の同定が顕著に向上した。
• 光子指向、dE/dx、およびTOF手法の組み合わせにより、広範なLLP寿命および崩壊モードをカバーする包括的な探索戦略が可能になった。
• 本研究では、D0が特にナノ秒からマイクロ秒の範囲の寿命を持つ長寿命グリビトニやその他のLLPを含め、GMSBパラメータ空間の特定領域を探査する可能性を確認した。
• 分析により、検出器の幾何学的構造および機器の性能が、ずれた頂点および遅い粒子の同定に適しており、Run IIにおけるLLP探索の有効なツールであることが示された。