[論文レビュー] LHC(CMS) SUSY discovery potential for nonuniversal gaugino and squark masses and the determination of the effective SUSY scale

S.I. Bityukov, Nikolai Krasnikov|ArXiv.org|Oct 18, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、簡略化されたSUGRA-MSSMフレームワークを越えて、非一様なゲージノおよびスキュークス質量を持つモデルにおける、LHC(CMS)による超対称性(SUSY)の発見可能性を調査する。ISASUSYおよびPYTHIAを用いた詳細なモンテカルロシミュレーションにより、質量階層に応じて、LHCはスキュークスおよびグルーギノを1.5–2.5 TeVまで検出可能であることが示され、非一様な状況では有効なSUSYスケールがM_eff変数を通じて非自明に測定可能である。

ABSTRACT

We review the results on the investigation of the LHC(CMS) SUSY discovery potential for the case of nonuniversal gaugino and squark masses.

研究の動機と目的

• ゲージノおよびスキュークス質量が非一様である場合のLHC(CMS)によるSUSY発見可能性を評価すること。SUGRA-MSSMにおける一様性仮定を越えて行う。
• 軽い超対称粒子（LSP）が重い場合、スキュークスおよびグルーギノの検出に与える影響を調査すること。
• 非一様質量状況における有効SUSYスケールを推定するM_eff変数の性能を評価すること。
• さまざまな質量階層、特に第3世代スキュークスのみが軽い場合を含めた状況におけるLHCのSUSY発見範囲を特定すること。
• 現実的な検出器シミュレーションおよびバックグラウンドモデリングを用いた、モデルに依存しないSUSY発見可能性の評価を提供すること。

提案手法

• 非一様なゲージノおよびスキュークス質量に対して、全粒子スペクトル、結合定数、生成断面積、崩壊チェーンを生成するISASUSYを用いてSUSY信号イベントをシミュレートした。
• W+ジェット、Z+ジェット、トップ対、二ボソン、QCD過程を含む標準模型バックグラウンドをPYTHIAを用いて生成した。
• 詳細なCMS検出器応答に基づく高速シミュレーションコードであるCMSJETを用いて検出器シミュレーションを実施した。
• 最適化された運動量カットを適用した、(n ≥ 2,3,4) ジェット + (m ≥ 0,1,2,3,4) 隔離されたレプトン + E_T^miss を探索シグネチャとして定義した。
• 有効SUSYスケールを調査するため、M_eff = E_T^miss + Σp_T,1 から 4 を、4つの最大p_Tを持つジェットに対して定義した。
• M_SUSY（分布dσ_SUSY/dM_effのピーク）を決定し、m_gluinoおよびm_squarkの最小値と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ゲージノおよびスキュークス質量が非一様である場合、LHC(CMS)によるスキュークスおよびグルーギノの発見可能性はどのように変化するか？
• RQ2 LSPが重い場合、(ジェット + レプトン + E_T^miss) シグネチャにおけるSUSY信号の検出可能性にどのような影響を与えるか？
• RQ3 非一様質量モデルにおいて、M_eff変数は有効SUSYスケールを信頼性高く推定できるか？
• RQ4 質量階層（例：m_gluino ≫ m_squark または 第3世代スキュークスのみが軽い）に応じて、発見範囲はどのように変化するか？
• RQ5 一般の非一様な状況において、M_eff分布のピーク（M_SUSY）は、min(m_gluino, m_squark) とどの程度相関するか？

主な発見

• 非一様なゲージノおよびスキュークス質量を持つ場合、LSP質量がm_gluinoおよびm_squarkの最小値に近いと、LHC(CMS)はスキークスおよびグルーギノを1.2–1.5 TeVまで発見可能である。
• 第3世代スキュークスのみが軽い場合（m_q1,2 > 1 TeV）、m_squark ≤ 800 GeV であればSUSYは依然として発見可能である。
• 非一様モデルでは、M_eff変数はm_gluinoまたはm_squarkの最小値と線形相関を示さず、m_gluino、m_squark、m_LSPの3つの質量に非線形的かつ非自明な依存関係を示す。
• 一般の非一様な状況では、M_eff分布のピーク（M_SUSY）はmin(m_gluino, m_squark)から著しく逸脱しており、直接的な質量推定に使用するには制限がある。
• LSPがグルーギノまたはスキュークス質量に近い重い状況でも、LHCは1 TeV未満の超対称粒子を依然として発見可能である。
• SUSY信号に対する主要な標準模型バックグラウンドは、W+jets、Z+jets、t-tbar、WZ、ZZ、b-bbar、およびQCD（2→2）過程であり、シミュレーションフレームワークで良好にモデリングされている。