[論文レビュー] New Physics at the LHC. A Les Houches Report: Physics at TeV Colliders 2009 - New Physics Working Group

G. Brooijmans, Christophe Grojean+45 more|OpenBU (Boston University)|Feb 25, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用数 14

ひとこと要約

本論文は、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）における標準模型を越える物理学（BSM）のシミュレーションおよび解析の包括的フレームワークを提示する。特に、高pTレプトン、ベクトル共鳴状態、およびカルラッツ＝クライン粒子やテクノハドロンなどの特異状態を含むシグネチャに焦点を当てる。本研究では、QNUMBERSおよびLHEF統合を備えた強化されたSLHAインタフェースを導入し、Pythia や MadGraph などのイベントジェネレータで新物理モデルを即座に統合可能なシミュレーションを可能にし、BSM探索における相互運用性と効率性を顕著に向上させる。

ABSTRACT

We present a collection of signatures for physics beyond the standard model that need to be explored at the LHC. First, are presented various tools developed to measure new particle masses in scenarios where all decays include an unobservable particle. Second, various aspects of supersymmetric models are discussed. Third, some signatures of models of strong electroweak symmetry are discussed. In the fourth part, a special attention is devoted to high mass resonances, as the ones appearing in models with warped extra dimensions. Finally, prospects for models with a hidden sector/valley are presented. Our report, which includes brief experimental and theoretical reviews as well as original results, summarizes the activities of the "New Physics" working group for the "Physics at TeV Colliders" workshop (Les Houches, France, 8-26 June, 2009).

研究の動機と目的

• 標準模型を越える物理学（BSM）のシミュレーションにおける、部分子レベルジェネレータとイベントジェネレータの間の標準化され、相互運用可能なインタフェースの開発。
• モンテカルロシミュレーションにおける非標準的量子数を持つ新粒子の一貫性の欠如を是正すること。
• LHC実験における、特異共鳴状態やカルラッツ＝クライン状態を含むBSMモデルの即座に利用可能なシミュレーションを可能にすること。
• SLHAとLHEFフォーマットの統合により、一貫した粒子スペクトルと崩壊表を提供することで、イベントジェネレーティングの正確性と柔軟性を向上させること。
• 幅広いシミュレーションツール間での相互運用性を高めるために、XMLベースの標準形式（HepMLなど）への将来的な統合を支援すること。

提案手法

• 部分子シャワーやハドロン化に使用可能な、新規BSM粒子の量子数（例えば、ハイパーチャージ、弱アイソスピン）を定義する新しいSLHAブロック「QNUMBERS」を導入。
• QNUMBERSと粒子質量情報のLHEFフォーマットへの統合により、BSMスペクトルをイベントジェネレータに直接入力可能にする。
• Pythia6およびMadGraph/MadEventへの実装により、PYSLHAコールを介したSLHAスペクトルおよび崩壊表の自動読み込みを可能にする。
• 平坦な位相空間を伴う2および3体崩壊をDECAYテーブルでサポートし、複雑な崩壊トポロジーに対応するための外部崩壊生成または事後再重み付けを許容する。
• スぺクトルおよび崩壊表入力のための直接ファイル読み込みを可能にするIMSS(21)およびIMSS(22)を用いた、インターフェースのスタンドアロン利用を可能にする。
• 将来的にはHerwig++およびPythia8への対応計画を策定し、CalcHEPおよびCompHEPからのLHEF出力にQNUMBERSを統合する方針を示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なるモンテカルロジェネレータ間で一貫したBSM粒子シミュレーションを可能にする、標準化され拡張可能なインタフェースを設計するにはどうすればよいか？
• RQ2 任意の量子数を持つ標準模型外粒子をサポートするため、SLHAおよびLHEFフォーマットに必要な変更は何か？
• RQ3 QNUMBERSおよび崩壊表をLHEFに統合することで、BSMイベントジェネレーティングにおける手動設定の必要性を排除し、エラーを低減できるか？
• RQ4 二重カウントの幅や位相空間の歪みを避けるために、複雑な崩壊チェーンや共鳴構造をどのようにサポートできるか？
• RQ5 HepMLのようなXMLネイティブフォーマットの長期的採用は、BSMシミュレーションメタデータの統一にどのような可能性を秘めているか？

主な発見

• QNUMBERSを備えた提案されたSLHA-LHEFインタフェースにより、PythiaおよびMadGraphにおけるBSMモデル（特にカルラッツ＝クライン粒子やテクノハドロンなどの特異状態を含む）の即座に利用可能なシミュレーションが可能となった。
• 平坦な位相空間を伴う一貫性のある2および3体崩壊をサポートし、複雑なトポロジーに対応するための外部崩壊生成または事後再重み付けを許容する。
• インターフェースはPythia6およびMadGraph/MadEventに正常に実装され、Pythia8およびHerwig++へのネイティブ対応も計画中である。
• 将来的なバージョンのCalcHEPおよびCompHEPは、LHEFフォーマットでQNUMBERSおよび質量情報をネイティブに出力するようになる予定であり、ジェネレータ間の相互運用性が向上する。
• MUEDからのマルチレプトン最終状態や$Z'$共鳴状態といった、BSMの主要なシグネチャのシミュレーションが可能となり、急速に変化する結合感度（ラピディティ依存）を反映できる。
• SLHAとLHEFの統合により、ファイル管理の複雑さが軽減され、BSMの素粒子物理学的研究における再現性が向上した。