[論文レビュー] GMSB SUSY models with non pointing photons signatures in ATLAS at the LHC

Damien Prieur|ArXiv.org|Jul 7, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 7被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、LHCにおけるゲージ媒光超対称性破れ（GMSB）モデルを探索するため、ATLASで非指向性光子の再構成を検討する。詳細な検出器シミュレーションと高速シミュレーションフレームワークを用いて、ATLAS電磁カリブレーターが軽い中性ノイザー（$\tilde{\chi}^0_1$）に対して2%の質量分解能を達成でき、その寿命 $c\tau$ についても5%の精度を発揮することを示し、超対称性破れスケール $\sqrt{F_0}$ に対して4%の感度が得られることを示している。

ABSTRACT

The reconstruction of non pointing photons is a key feature for studying gauge mediated supersymmetry breaking (GMSB) models at the LHC. In this article the angular resolution of the ATLAS electromagnetic calorimeter is characterized from a detailed simulation of the detector. Resulting performances are used to reconstruct GMSB events with a fast simulation program, taking into account reconstruction effects. Finally, the sensitivity to extract the sparticles masses and the lightest neutralino lifetime is estimated.

研究の動機と目的

• 非指向性光子の再構成戦略を確立し、長寿命の中間粒子崩壊を伴うGMSB超対称性モデルをATLASで探索すること。
• 詳細な検出器シミュレーションを用いて、非指向性光子に対するATLAS電磁カリブレーターの極角分解能を特徴づけること。
• GMSBモデルにおける軽い中性ノイザー（$\tilde{\chi}^0_1$）の質量および寿命の再構成に対するATLAS検出器の感度を推定すること。
• 再構成された $c\tau$ およびスパルト粒子質量から、基本的な超対称性破れスケール $\sqrt{F_0}$ および重力グライン質量 $m_{\widetilde{G}}$ に達する精度を特定すること。

提案手法

• ATLAS検出器の詳細なシミュレーションを用いて、非指向性光子に対する電磁カリブレーターの角度分解能を調査した。
• シャワー深さのパラメータ化およびクラスタ再構成手法を修正し、S字型効果やエネルギー漏れなどの系誤差を補正した。
• $\eta$ 方向における位置再構成誤差を是正するための反復アルゴリズムを開発し、非指向性光子の分解能を向上させた。
• テストビームデータおよび詳細なシミュレーションから得られたエネルギー・時間・角度分解能を含む検出器効果をモデル化するために、高速シミュレーションプログラムを用いた。
• 光子エネルギー、到着時刻、およびレプトン運動量を用いて、カスケード崩壊 $\tilde{l}_R \to \tilde{\chi}^0_1 l \to \bar{G} l \gamma$ の運動論的再構成を行い、$m_{\tilde{\chi}^0_0}$ および $c\tau$ を決定した。
• 実験フレームにおける $\tilde{\chi}^0_1$ 崩壊の固有時間分布に指数関数をフィットすることで、$c\tau$ 寿命を抽出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ATLAS電磁カリブレーターは、長寿命の中性ノイザー崩壊に起因する非指向性光子を再構成するのに十分な角度分解能を達成できるか？
• RQ2 非指向性光子を伴うGMSBモデルにおける軽い中性ノイザー（$\tilde{\chi}^0_1$）の質量分解能はどの程度達成可能か？
• RQ3 再構成された光子の到着時刻および頂点情報から、$\tilde{\chi}^0_1$ の寿命 $c\tau$ をどの程度の精度で測定できるか？
• RQ4 再構成は、基本的な超対称性破れスケール $\sqrt{F_0}$ および重力グライン質量 $m_{\widetilde{G}}$ に対してどの程度感度を示すか？

主な発見

• ポイント光子に対してATLAS電磁カリブレーターは $\sigma_\theta \approx 60$ mrad/$\sqrt{E}$ の極角分解能を示すが、非指向性光子では系統的誤差のため性能が低下する。
• S字型補正、拡張された $5\times3$ クラスタ再構成、反復的位置補正を適用した後、非指向性光子の分解能が顕著に向上した。
• $c\tau_{\tilde{\chi}^0_1} = 100$ cm の場合、$m_{\tilde{\chi}^0_1}$ の質量分解能は $\sigma_{\tilde{\chi}^0_1} = 1.7$ GeV、$m_{\tilde{l}_R}$ の分解能は $\sigma_{\tilde{l}_R} = 2.1$ GeV であり、SUSYイベント数 $10^5$ で達成された。
• $c\tau = 100$ cm の場合、$c\tau_{\tilde{\chi}^0_1}$ の相対精度は5%であり、$c\tau$ が10 cmから200 cmの範囲では3%から8%の感度範囲が得られた。
• 基本的な超対称性破れスケール $\sqrt{F_0}$ への感度は4%、重力グライン質量 $m_{\widetilde{G}}$ への感度は8%であった。
• 解析から、広範囲にわたる $c\tau$ 再構成が可能であることが示され、統計的手法を用いて現在のシミュレーション限界を超える $c\tau$ 範囲への延長が検討されている。