[論文レビュー] L-Violating Supersymmetry - Implementation in PYTHIA and study of LHC discovery potential

Peter Skands|ArXiv.org|Aug 24, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 11被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、PYTHIAイベントジェネレータにおけるL違反超対称性の実装を提示し、R対称性破れカップリングを通じたニュートラリノおよびチルジノのレプトンへの崩壊に注目する。さまざまなモデルにおけるLHCの発見可能性を評価した結果、F₂ MSSMモデルでは最大6.5σの有意水準を示した。一方、LQDカップリングを伴う状況では、干渉と運動的制約のため感度が低下した。

ABSTRACT

In the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM), the simultaneous appearance of lepton and baryon number violation causes the proton to decay much faster than the experimental bound allows. Customarily, a discrete symmetry known as R-parity is imposed to forbid these dangerous interactions. This work begins by arguing that there is no deep theoretical motivation for preferring R-parity over other discrete symmetries and continues by adopting the MSSM with baryon number conservation replacing R-parity conservation. For the purpose of studying the influence of the consequent lepton number violating interactions, 1278 new decay channels of supersymmetric particles into Standard Model particles have been included in the PYTHIA event generator. The augmented event generator is then used in combination with the atlfast detector simulation to study the impact of lepton number violation on event topologies in the ATLAS detector, and trigger menus designed for LV-SUSY are proposed based on very general conclusions. The subsequent analysis uses a combination of primitive cuts and neural networks to optimize the discriminating power between signal and background events. In all scenarios studied, it is found that a $5σ$ discovery is possible for cross sections down to $10^{-10}$ mb with an integrated luminosity of 30 fb$^{-1}$.

研究の動機と目的

• リアルなLHCシミュレーションのため、PYTHIAモンテカルロイベントジェネレータにL違反超対称性プロセスを実装すること。
• ニュートラリノおよびチルジノのレプトンへの崩壊を含むR対称性破れ超対称性モデルのLHC発見可能性を調査すること。
• L違反カップリング（LLEおよびLQD）が信号の可視性およびバックグラウンドの識別に与える影響を評価すること。
• フェーズスペース統合技術および行列要素計算の役割が、信号検出最適化に与える影響を評価すること。

提案手法

• 三体崩壊のためのダリーツ変数を用いたフェーズスペース統合技術の適応、m²_abおよびm²_bcにおける数値的統合を含む。
• ニュートラリノおよびチルジノの三レプトンへの崩壊の行列要素の実装、共鳴項および干渉項を含む。
• ラグランジアンにL違反カップリング（λ′およびλ）を組み込み、スフェルミオン混合および非オフシェル効果を完全に取り扱う。
• PYTHIAを用いて信号イベントをシミュレートし、運動的制限およびフェーズスペース内での共鳴配置を含む。
• 標準的なLHCアナリシスカットを適用し、さまざまなモデルにおける信号対バックグラウンドの比較を通じて有意水準を推定する。
• さまざまな超対称性モデルおよびカップリングタイプにおける発見可能性の評価指標として、統計的有意水準（σ）を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ニュートラリノおよびチルジノの三レプトンへの崩壊を通じたL違反超対称性のLHC発見可能性はいかほどか？
• RQ2 L違反カップリング（LLEおよびLQD）は、さまざまな超対称性モデルにおける信号強度および検出可能性にどのように影響を与えるか？
• RQ3 干渉項およびフェーズスペーストポロジーが、純粋共鳴項と比較して信号有意水準をどの程度低下させるか？
• RQ4 スフェルミオン混合および非オフシェルスレプトン効果の組み込みが、行列要素およびイベントレートに与える影響は何か？
• RQ5 PYTHIAフレームワークは、LHCにおけるR対称性破れ超対称性の発見範囲を正確にシミュレートおよび予測できるか？

主な発見

• F₂ MSSMモデルでは、最大6.5σの発見可能性を達成し、L違反信号に対して強い感度を示した。
• 非ゼロのLQDカップリングを有するモデルでは、破壊的干渉および運動的抑制のため発見可能性が低下し、有意水準は最低4.2σまで低下した。
• LLEカップリング状況では、LQDと比較して高い信号有意水準（補正済み有意水準で最大25.5/17.1）を示し、より良好な可視性を示した。
• 干渉項からの行列要素寄与は、純粋共鳴項と比較して数値的に小さいため、一次近似の妥当性が裏付けられた。
• λ′カップリングが小さいモデルでは、LSPの寿命が長くなるため信号有意水準が顕著に低下し、ずれた頂点やMSSMに類似したシグネチャを引き起こす可能性がある。
• PYTHIAにおける実装は、複雑なフェーズスペーストポロジーおよび行列要素構造を効果的に処理でき、L違反超対称性崩壊の信頼性あるシミュレーションを可能にした。