[論文レビュー] Model Independent Extra-dimension signatures with ATLAS

L. Vacavant, I. Hinchliffe|ArXiv.org|May 23, 2000

Geophysical and Geoelectrical Methods参考文献 3被引用数 11

ひとこと要約

この論文は、LHCにおけるATLAS検出器を用いて、大規模な追加次元のモデルに依存しないシグネチャを提示している。主な焦点は、ジェット＋欠落横断運動量およびフォトン＋欠落エネルギーの最終状態である。50 fb⁻¹の光度条件下で、LHCが√s = 14 TeVでδ=2の場合にMDを6 TeVまで探査可能であることが示された。一方、10 TeVではイベント率が低く、パラメータ空間のカバー範囲が限られるため、感度が著しく低下する。

ABSTRACT

The generic missing transverse energy signals at LHC for theories having large extra dimensions are discussed. Final states of jets plus missing energy and photons plus missing energy are simulated in the ATLAS detector. The discovery limit of LHC and the methods to determine the parameters of the underlying model are discussed.

研究の動機と目的

• ATLASにおけるLHCでの大規模な追加次元の一般的でモデルに依存しないシグネチャの特定。
• 欠落横断運動量信号を通じたカルツァ＝クライン重力子生成のLHCの発見可能性の評価。
• 基本的重力スケールMDおよび追加次元の数δに対するATLASの感度の評価。
• ジェット＋欠落ETおよびフォトン＋欠落ET最終状態を用いたMDおよびδの測定可能性の検討。
• 10 TeVと14 TeVの中心系エネルギ−のLHCの追加次元の探査における感度の比較。

提案手法

• ATLFASTを用いて、ATLAS検出器応答を模擬し、ジェット＋欠落ETおよびフォトン＋欠落ET最終状態をシミュレート。
• 有効場理論を用いて、MD^{-(δ+2)}に比例する結合を持つカルツァ＝クライン重力子生成をモデル化。
• 部分的交叉断面積の式 $\frac{d^4\sigma}{dm^2 dp_T^2 dy_{\text{jet}}, dy_G} \propto \frac{m_G^{\delta-2}}{M_D^{\delta+2}} \cdot \frac{d\sigma_m}{dt} \sum_{i,j} \frac{f_i(x_1)}{x_1} \frac{f_j(x_2)}{x_2}$ を用いて、信号率を計算。
• トリガー、レプトン遮断、トポロジー切断を適用し、標準模型背景を抑制。
• 統計的有意性 $S/\sqrt{B}$ および $S/\sqrt{3B}$ を用いて感度を推定し、信号と背景のイベント数を比較。
• √s = 10 TeVおよび√s = 14 TeVでの結果を比較し、発見領域のエネルギ依存性を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √s = 14 TeVにおけるATLAS検出器のジェット＋欠落ETおよびフォトン＋欠落ETシグネチャを通じた大規模な追加次元への感度は？
• RQ2 LHCの追加次元の発見領域は、基本的重力スケールMDおよび追加次元の数δにどのように依存するか？
• RQ3 欠落エネルギーシグネチャを用いてMDおよびδを分離可能か。その制限は何か？
• RQ4 10 TeVの低い中心系エネルギ−は、14 TeVと比較して感度にどのように影響するか？
• RQ5 さまざまなMDおよびδの値に対して、標準模型背景を超えた信号の統計的有意性は？

主な発見

• √s = 14 TeVおよび50 fb⁻¹の光度条件下で、δ=2、MD=4 TeVの場合、信号の有意性はS/√(6B) = 9.5に達し、強い発見可能性を示す。
• δ=2、MD=6 TeVの場合、10 TeVでの信号率は14 TeVの約1/3にとどまり、低エネルギーでの感度が制限される。
• √s = 10 TeVでは、イベント率が不足しているため、δ=4のケースは50 fb⁻¹でも探査不可能である。
• δ=2およびδ=3のケースは、MD ≲ 5 TeVおよび√s = 14 TeVの条件下でのみ、高い統計的有意性で区別可能である。
• √s = 10 TeV、ET^cut = 1 TeV条件下で、選択後もjZ(νν)、jW(τν)、jW(ℓν)の背景は56.4イベントに留まる。
• δ=2、MD=6 TeV、√s = 10 TeVの場合、信号の有意性はS/√(6B) = 1.8に低下し、発見領域が限定的であることが示された。