[論文レビュー] Goldstini and electroweak gauginos at the LHC

Ken‐ichi Hikasa, Tao Liu+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 23, 2014

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、多分野のSUSY破れの下で、LHCにおける最軽い中性ノーサイノおよびチルリンォの直接生成と、それらが擬似ゴールドスティーノとZボソンまたはヒッグスボソンに崩壊する過程を調査している。モンテカルロシミュレーションを用いて、高出力LHCにおいて信号対背景比が6–25%であり、5シグマを超える統計的有意性が得られることを明らかにした。これは、擬似ゴールドスティーノの検出可能な発見チャネルであることを示している。

ABSTRACT

The multi-sector SUSY breaking predicts the existence of pseudo-goldstino, which could couple more strongly to visible fields than ordinary gravitino. Then the lightest neutralino and chargino can decay into a pseudo-goldstino plus a Z-boson, Higgs boson or W-boson. In this note we perform a Monte Carlo simulation for the direct productions of the lightest neutralino and chargino followed by the decays to pseudo-goldstino. Considering scenarios with higgsino-like, bino-like or wino-like lightest neutralino, we find that the signal-to-background ratio at the high luminosity LHC is between 6% and 25% and the statistical significance can be above 5-sigma.

研究の動機と目的

• 最軽い中性ノーサイノとチルリンォがゲージノやヒッグスボソンに崩壊する多分野SUSY破れモデルにおける擬似ゴールドスティーノの実験的性質を調査すること。
• LHCにおける最軽い中性ノーサイノおよびチルリンォが擬似ゴールドスティーノとゲージボソンまたはヒッグスボソンに崩壊する過程の検出可能性を評価すること。
• ヒッグスィノ的、ビノ的、ウィノ的など、さまざまな中性ノーサイノの組成における信号対背景比と統計的有意性を評価すること。
• 高出力LHCデータにおけるこれらの異常な崩壊の観測可能性を検討すること。

提案手法

• LHCにおける最軽い中性ノーサイノおよびチルリンォの直接生成をモンテカルロシミュレーションで行う。
• 最軽い中性ノーサイノまたはチルリンォが擬似ゴールドスティーノに加えてZボソン、ヒッグスボソン、またはWボソンに崩壊する過程をモデル化する。
• ヒッグスィノ的、ビノ的、ウィノ的の3つの異なる状況を検討する。
• 信号イベントと標準模型のバックグラウンドを比較することで、信号対背景比を評価する。
• 予想されるイベント数とバックグラウンドの不確実性を用いて統計的有意性を計算する。
• 発見可能性を評価するために、高出力LHCの条件に焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高出力LHCにおける中性ノーサイノおよびチルリンォの直接生成と、それらが擬似ゴールドスティーノに崩壊する際の信号対背景比は何か？
• RQ2 最軽い中性ノーサイノの組成（ヒッグスィノ的、ビノ的、ウィノ的）は、擬似ゴールドスティーノのシグナルの検出可能性にどのように影響するか？
• RQ3 電弱ゲージノが擬似ゴールドスティーノに崩壊する過程は、バックグラウンドを上回る統計的に有意なシグナルを生じるか？
• RQ4 さまざまなSUSYモデルにおける信号の期待される統計的有意性は何か？
• RQ5 多分野SUSY破れの文脈において、擬似ゴールドスティーノの発見可能なチャネルは存在するか？

主な発見

• 高出力LHCにおける最軽い中性ノーサイノおよびチルリンォの擬似ゴールドスティーノとゲージボソンまたはヒッグスボソンへの崩壊の信号対背景比は、6%から25%の範囲に収まる。
• すべての検討されたシナリオにおいて、信号の統計的有意性は5シグマを超えており、強い発見可能性を示している。
• 特にヒッグスィノ的およびウィノ的状況において、信号対背景比が最大値を示す。
• 擬似ゴールドスティーノと可視領域の場の間の強い結合が、信号率の増加をもたらし、検出可能性の向上に寄与している。
• 結果から、LHCは多分野SUSY破れモデルにおける擬似ゴールドスティーノの存在を調べるのに十分な感度を有していることが示唆される。
• 本研究は、このような異常な崩壊が、標準模型を超える新しい物理の検出可能な発見チャネルであることを確認している。