[論文レビュー] Neutralino polarization effect in the squark cascade decay at LHC

T. Goto|ArXiv.org|Nov 28, 2004

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

ひとこと要約

この論文は、LHCにおける squark カスケード崩壊におけるニュートラリノの偏極効果を調査し、sfermion-fermion-ニュートラリノ結合におけるヘリシティ構造によって、クォーク-レプトンの不変質量分布に電荷非対称性が生じることを示している。mSUGRAフレームワークにおけるモンテカルロシミュレーションを用いて、非対称性が測定可能であり、強いレプトンフレーバー依存性を示すことが明らかになった。電子、ミューオン、タウのそれぞれに異なるシグネチャが得られ、14 TeVの√LHCエネルギーと300 fb⁻¹のフルエンスで、e-μ非ユニバーサルティの検出が可能である。

ABSTRACT

We study the effect of the neutralino polarization in a squark cascade decay $ ilde{q} o q ildeχ^0_2 o q l^\pm ilde{l}^\mp o q l^\pm ilde{l}^\mp o q l^\pm l^\mp ildeχ^0_1$. Charge asymmetry in the lepton-jet invariant mass distribution appears depending on the chirality structure of the sfermion-fermion-neutralino coupling. With use of the Monte Carlo simulation, we show that the asymmetry is measurable in LHC. We also show that the distribution of the charge asymmetry is sensitive to the (s)lepton flavor.

研究の動機と目的

• LHCにおける squark カスケード崩壊におけるニュートラリノの偏極を用いて、sfermion-fermion-ニュートラリノ結合のヘリシティ性を調べること。
• LHCが、\tilde{\chi}^0_2 \to l\tilde{l} 崩壊の分支比および電荷非対称性におけるレプトンフレーバー依存性を検出可能かどうかを調査すること。
• モンテカルロシミュレーションを用いて、m(ql^\pm)分布におけるe-μ非ユニバーサルティの検出可能性を評価すること。
• sleptonの左-右混合およびヤコビ型結合が、特に\tilde{\tau}および\tilde{\mu}モードにおいて電荷非対称性に与える影響を評価すること。

提案手法

• 研究は、sfermion-fermion-ニュートラリノ相互作用の有効ラグランジアンを用い、ヘリシティ構造を記述するチャネル結合係数L_{i\alpha}^fおよびR_{i\alpha}^fでパrameter化している。
• カスケード崩壊\tilde{q} \to q\tilde{\chi}^0_2 \to ql^\pm_1\tilde{l}^\mp \to ql^\pm_1l^\mp_2\tilde{\chi}^0_1の角度分布を導出し、偏極依存の非対称性はA(l) = \frac{|L|^2 - |R|^2}{|L|^2 + |R|^2}で支配される。
• ISAJETを用いたスペクトル生成とHERWIGを用いたイベント生成のモンテカルロシミュレーションを実施し、ISAWIGを介してインターフェース化しており、検出器効果はATLFASTを用いてモデル化している。
• 電荷非対称性は[N(ql^+) - N(ql^-)] / [N(ql^+) + N(ql^-)]として定義され、SPS1aおよびSPS3のmSUGRAベンチマーク点に対して、シミュレートされたイベントから再構築されている。
• 反ストゥアーキャラクタの寄与を考慮し、非対称性測定における希釈係数が50–58%であると推定している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCは、squark カスケード崩壊におけるニュートラリノの偏極に起因するm(ql^\pm)分布の電荷非対称性を検出可能か？
• RQ2 レプトンフレーバー（e、\mu、\tau）は、\tilde{\chi}^0_2 \to l\tilde{l}_1 崩壊における電荷非対称性および分支比にどのように影響するか？
• RQ3 ヤコビ型結合および\tan\betaによって駆動されるsleptonの左-右混合が、非対称性におけるe-\mu非ユニバーサルティをどの程度誘導するか？
• RQ4 \int \mathcal{L} dt = 300 fb^{-1}のフルエンスで、LHCにおけるe-\mu非ユニバーサルティの非対称性は測定可能か？

主な発見

• m(ql^\pm)分布における電荷非対称性はLHCで測定可能であり、SPS1aおよびSPS3において、低m(ql)では明確な負の非対称性、エンドポイント付近では正の非対称性が観測された。
• \tan\beta = 10のSPS1aでは、シミュレートされた電荷非対称性が理論的予測と定性的に一致しており、反ストゥアーキャラクタの寄与により50%の希釈係数が生じた。
• \tan\beta = 20のSPS1aでは、e-\mu非対称性差が最大30%に達し、スチュー領域における強化された左-右混合に起因する強いフレーバー依存性が示された。
• SPS3では、非対称性はフレーバー依存的であり、\tilde{\chi}^0_2 \to \tilde{l}_2 崩壊に支配されており、大きな\tan\betaでは\Gamma(\tilde{\chi}^0_2 \to \mu\tilde{\mu}_1) > \Gamma(\tilde{\chi}^0_2 \to e\tilde{e}_1)が可能である。
• \tilde{\chi}^0_2 \to \tau\tilde{\tau}_1 崩壊は、ヤコビ型結合に起因するL_{21}^\tauの増幅により、eおよび\muモードよりも大幅に幅が広がり、eおよび\muと比較して非対称性の符号が反転した。
• 本研究は、e-\mu非ユニバーサルティの非対称性は、eおよび\muの検出効率が十分に理解されていれば、LHCで300 fb^{-1}のフルエンスで検出可能であると結論づけた。