[論文レビュー] Measuring the MSSM Lagrangean

Tilman Plehn|ArXiv.org|Oct 5, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 13被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、LHCおよび将来の線形衝突機からの精度の高い断面積および質量測定を用いて、弱いスケールMSSMラグランジアンを測定する包括的なフレームワークを提示する。Prospino2.0とSMadGraphを用いたNLO断面積予測と、Sfitterを用いた実験的および理論的誤差の伝播により、LHCと線形衝突機のデータを組み合わせることで、理論的不確実性を適切に取り入れた場合、MSSMパラメータの大部分を高い精度で再構成できることを示している。

ABSTRACT

At the LHC, it will be possible to investigate scenarios for physics beyond the Standard Model in detail. We present precise total and differential cross section predictions, based on Prospino2.0 and SMadGraph. We also show to what degree the structure of the weak--scale supersymmetric Lagrangean can be studied, based on LHC data alone or based on combined LHC and linear collider. Using Sfitter we correctly take into account experimental and theoretical errors. We make the case that a proper treatment of the error propagation is crucial for any analysis of this kind.

研究の動機と目的

• コライダー・データから弱いスケールMSSMラグランジアンを再構成するための高精度なフレームワークを開発すること。
• LHCおよび線形衝突機のデータが、質量、結合定数、三線形項を含むMSSMパラメータをどの程度制約できるかを定量化すること。
• 誤差伝播ツールを用いて、理論的および実験的誤差がパラメータ決定に与える影響を評価すること。
• LHCと線形衝突機の測定結果の相補的役割が、MSSM全スケールを調べる上で果たす役割を評価すること。
• 完全なパラメータ再構成を妨げる、特にストップセクターおよびtanβのような重要な欠落測定を特定すること。

提案手法

• LHCにおけるすべての関連するMSSM生成過程の次-leading order (NLO) 総断面積および微分断面積を、Prospino2.0とSMadGraphを用いて計算する。
• オンシェル中間状態を含む過程（例：$pp \to \tilde{q}\tilde{\chi}$、$pp \to \tilde{g}\tilde{\chi}$）における二重カウントを回避するため、窄帯幅近似を用いた減算手順をNLO計算に実装する。
• Sfitterツールを用いてMSSMパラメータのグローバルフィットを実施し、実験的および理論的不確実性を一貫した方法で組み込む。
• パラメータフィッティングの整合性を保つために、スペクトル生成および比較にSoftSusyとSuSpectを用いる。
• LHCおよび線形衝突機のデータを併用した統合フィットを実施し、LHCのみの解析に比べてパラメータ分解能がどの程度向上するかを評価する。
• 収束を保証するため、最小値からの反復的フィッティング戦略を採用し、パラメータ空間の広範なカバーを目的とした遺伝的アルゴリズムや適応的スキャンへの拡張も検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCデータのみを用いて、弱いスケールMSSMラグランジアンの全貌をどの程度再構成できるか？
• RQ2 断面積および質量予測における理論的不確実性が、MSSMパラメータフィットの精度にどのように影響するか？
• RQ3 将来の線形衝突機が、LHCでは測定できないパラメータを測定する上で果たす相補的役割は何か？
• RQ4 特に三線形結合定数$A_t$、$A_b$、$A_\tau$のようなMSSMパラメータのうち、なぜ一部は poorly constrained であるのか、その理由は何か？
• RQ5 LHCと線形衝突機のデータを組み合わせることで、弱いスケールパラメータを高エネルギースケールに外挿し、SUSY破れのパターンを調べられるか？

主な発見

• Prospino2.0およびSMadGraphによるNLO補正の組み込みにより、断面積予測の精度が著しく向上し、適切なオンシェル中間状態の減算が行われた後、閾値近辺でも滑らかな振る舞いを示すようになった。
• LHCと線形衝突機のデータを併用することで、LHCのみのデータに比べてMSSMパラメータフィットの不確実性が少なくとも1桁以上低減され、特にゲージノ質量および Slepton パラメータで顕著であった。
• 線形衝突機はストップセクターおよび Slepton 質量の測定に不可欠であり、一方LHCはカスケード崩壊を通じたクォークおよびグルーギノセクターの調査に不可欠である。
• 線形衝突機では、質量および断面積測定の組み合わせにより三線形結合定数$A_\tau$を測定可能であるが、$A_b$および特に$A_t$はヒッグス質量の理論的不確実性と、$\tan\beta$および$\mu$との相関により依然として困難である。
• 理論的誤差は、フィットされたパラメータの不確実性を著しく増大させる。例えば、$m_0$の誤差は実験的誤差のみのとき$\Delta^{(1)} = 4.6$ GeVから、理論的不確実性を含めたとき$\Delta^{(2)} = 98$ GeVにまで増加した。
• 本研究では、$\tan\beta$の直接測定の欠如およびストップセクターの不完全なカバーが、特にSPS1aのような低$\tan\beta$シナリオを超えた場合に、MSSMパラメータ再構成を完全に行う上で主要な制限要因であると特定した。