[論文レビュー] Discovering Gluino Events at LHC-8 via Disappearing Chargino Tracks

Gordon Kane, Ran Lu+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、重い超クォークとウィーノ様LSPを伴うモデルにおいて、LHC-8でグルーニョ対生成を検出する手法を提案している。この手法は、グルーニョ崩壊から生じる長寿命のチャージノの軌跡を特定することで、約50%の分支比でLSPとソフトパイオンに崩壊する。この結果、再構成可能な高pTの軌跡が得られ、背景が低い特徴となる。10–20 fb⁻¹のデータ量でグルーニョの発見が可能となり、運動量再構成により独立した質量測定も可能となる。

ABSTRACT

In this note, we advocate a new method for identifying gluino pair production events at the LHC. The method is motivated by and works for theories with heavy squarks and Wino-like LSPs (with nearly degenerate LSP and chargino). Such theories are well motivated and their gluinos typically have a O(50%) branching ratio to charged Winos. Observing the track of a long lived charged Wino produced from gluino decay could give a clear identification of a gluino event. Charged Wino NLSPs produced in colliders can be long-lived enough to leave a reconstructable high pT charged track before decaying into a soft pion (or a soft lepton) and the LSP, a signature with low SM background. By supplementing the canonical gluino search strategy with a search for these stiff chargino tracks, our results suggest it will be possible to find gluinos with significantly less luminosity. In addition, we describe a procedure for obtaining a kinematic measurement of the gluino mass using the three momenta of the reconstructed chargino tracks. With measurements of the gluino mass and cross section, it will be possible to determine the gluino spin, and confirm that the excess events are indeed due to a spin 1/2 superpartner. It may also be possible to use these stiff Wino tracks to obtain an approximate measurement of the chargino mass, and therefore the LSP (dark matter) mass.

研究の動機と目的

• 重い超クォークとウィーノ様LSPを伴うモデルにおけるグルーニョ対生成の新しい探索戦略を開発すること。このモデルでは、チャージノがLSPにほぼDegenerateである。
• 従来の欠落横断運動量（MET）およびジェットベースの探索に依存しないようにし、背景が低いトラックベースの特徴を導入すること。
• グルーニョ崩壊から生じる長寿命のチャージノ軌跡を活用することで、大幅に少ない光度量でグルーニョの発見を可能とすること。
• 再構成されたチャージノ3運動量を用いて、グルーニョ質量の独立した運動学的測定を可能とすること。
• 質量および断面積測定を用いて、グルーニョのスピン1/2性を確認し、他のカラーモデル超パートナを区別すること。

提案手法

• グルーニョ崩壊で生成される長寿命のチャージノ（BR ~50%）が、数十cmの距離を移動してソフトパイオンとLSPに崩壊し、検出可能な高pTの荷電粒子軌跡を残す。
• 候補イベントの選別に、標準的なSUSY探索カット（例：MET > 130 GeV、≥4本のジェット、pT(j1) > 130 GeV）を適用する。
• ピクセル検出器におけるトラック再構成を用い、曲率およびdE/dxを用いて、SMバックグラウンドから区別する。
• チャージノ軌跡と2本のジェットをクラスタリングして横断運動量がバランスの取れた系を形成し、グルーニョ質量を再構成する。
• METから推定される他のチャージノの横断運動量を用い、正しいジェットを観測されたチャージノ軌跡とペアリングする。
• ジェット偽物バックグラウンドを抑制しつつ、信号イベントの約60%を保持するため、チャージノ軌跡とジェットのΔφ > 0.4のカットを適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 グルーニョ崩壊から生じる長寿命のチャージノ軌跡は、重い超クォークとウィーノ様LSPを伴うモデルにおいて、グルーニョ発見のための強固で背景の少ない特徴を提供できるか？
• RQ2 チャージノ軌跡は、METやジェットエネルギースケールの仮定に依存しないグルーニョ質量の運動学的測定を可能にするか？
• RQ3 観測されたチャージノ軌跡の性質（運動量、曲率、dE/dx）を用いて、チャージノおよびLSPの質量を推定できるか？
• RQ4 チャージノ軌跡探索の導入により、限られた光度量のLHC-8においてグルーニョの発見領域が拡大されるか？
• RQ5 測定されたグルーニョ質量および断面積は、グルーニョのスピン1/2性を確認し、他のカラーモデル超パートナと区別できるか？

主な発見

• LHC-8の10–20 fb⁻¹のデータ量では、標準的なSUSY探索カットを通過する再構成されたチャージノ軌跡を有するイベントが約60件予想される。
• チャージノ軌跡の3運動量とジェットクラスタリングから再構成されたグルーニョ質量は、真の質量と約100 GeVの不確かさで一致する。
• この手法により、LSP質量に関する仮定に依存しないグルーニョ質量の独立した測定が可能となる。
• 標準的な遮断カットを適用しても、チャージノ軌跡信号は安定しており、バックグラウンドを低減しつつ信号の有意性を保持する。
• チャージノ軌跡の運動量および潜在的なソフトパイオン崩壊生成物の測定により、チャージノおよびLSP質量の運動学的再構成が可能となる。
• この手法により、質量および断面積測定を用いてグルーニョのスピンを重要なテストし、グルーニョパートナとしての同定を確認できる。