[論文レビュー] On the Feasibility and Utility of ISR Tagging

David Krohn, Lisa Randall+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 4, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 13

ひとこと要約

本稿では、ハドロン衝突装置のデータにおいて、イベントごとの初期状態放射（ISR）ジェットを特定するISRタギングを提案する。標準模型を超える新しい物理現象の運動量情報の抽出を目的としている。スピンゼロの二スクアーカーおよび二グルーギノ生成におけるISRジェットの特徴的な運動量的性質を活用することで、約40％のタギング効率と約10％の誤タギング率を達成し、新規の運動量的手法により、真の値から20％以内の精度でスクアーカーおよびグルーギノの質量を再構築可能である。

ABSTRACT

The production of new particles at a hadron collider like the LHC is always accompanied by QCD radiation attributable to the initial state (i.e. ISR). This tends to complicate analyses, so ISR is normally regarded as a nuisance. Nevertheless, we show that ISR can also be valuable, yielding information that can help in the discovery and interpretation of physics beyond the Standard Model. To access this information we will introduce new techniques designed to identify ISR jets on an event-by-event basis, a process we term ISR tagging. As a demonstration of their utility, we will apply these techniques to SUSY di-squark (di-gluino) production to show that they can be used to identify ISR jets in roughly 40% (15%) of the events, with a mistag rate of around 10% (15%). We then show that, through the application of a new method which we will introduce, knowledge of an ISR jet allows us to infer the squark (gluino) mass to within roughly 20% of its true value.

研究の動機と目的

• 初期状態放射（ISR）ジェットが、通常は邪魔な要因と見なされるが、体系的にタグ付け可能であり、新しい物理情報の抽出が可能であることを示すこと。
• ジェットと非可視粒子に崩壊するペア生成されたBSM粒子に適用可能な、イベントごとのISRジェットタギング技術を開発すること。
• ISRジェットとの運動量相関を用いて、他のモデルパラメータに依存しない形で、新しい物理粒子（例：スクアーカー、グルーギノ）の正確な質量測定を可能にすること。
• 近似的に縮退したLSP質量を持つ状況においても、誤タギング率が低く、高い効率でISRタギングが実装可能であることを示すこと。

提案手法

• Nfは最終状態放射（FSR）ジェットの数であるとして、イベント内のNf+1番目に強いジェットからISRジェットを特定する。
• 3つのタギング基準を適用する：(1) Nf+1番目に強いジェットの中で最小の横運動量；(2) FSRジェット系からの最大の角度的距離；(3) FSRジェット系と組み合わせた際の最小のインヴァリアント質量。
• 複数のジェットが基準を満たす場合、式(1)を満たすジェットを優先するランク付けシステムを導入する。
• FSR運動量が横方向ISR方向に沿った平均符号を用いる、新しい運動量的手法を考案し、BSM粒子質量を推定する。
• Pythia 6.422を用い、MLMマッチングを適用して14 TeV LHCでのイベントをシミュレートし、反kTアルゴリズム（R=0.7：二スクアーカー、R=0.4：二グルーギノ）でジェットをクラスタリングし、0.1×0.1のη-φセル単位でタギング性能を分析する。
• モンテカルロサンプルを用いて、さまざまなSUSYスペクトル（縮退したLSPを含む）におけるタギング効率と誤タギング率を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ジェットと非可視粒子に崩壊するペア生成BSM過程において、イベントごとのISRジェットを信頼性高く特定できるか？
• RQ2 LHCの高多重ジェット最終状態において、ISRジェットとFSRジェットを区別する運動量的性質は何か？
• RQ3 ISRジェットの知識を活用することで、他のモデルパrameterに依存せずに、生成されたBSM粒子の質量をどの程度正確に再構築できるか？
• RQ4 近似的に縮退したLSP質量を持つ状況において、ISRタギング技術はどの程度頑健であるか？

主な発見

• 二スクアーカー生成では約40％、二グルーギノ生成では約15％のタギング効率を達成し、LSP質量がほぼ縮退している状況でも同様の性能を示す。
• 二スクアーカー生成では約10％、二グルーギノ生成では約15％の誤タギング率を維持しており、タギング手法の高い信頼性を示している。
• 提案された運動量的手法により、真の値から約20％以内の精度でスクアーカーまたはグルーギノの質量を再構築可能であり、SUSYスケール全体の仮定を必要としない。
• この手法により、横方向ISR方向に沿ったFSR運動量の平均符号がゼロに交差する点、すなわちバランスの取れたブースト状態に対応するBSM質量スケールを特定できる。
• さまざまなSUSYスペクトル、特に生成粒子質量に近いLSP質量を持つケースにおいても、タギング性能が安定しており、頑健性が確認された。
• 従来、バックグラウンド要因と見なされてきたISRが、新物理探索および高精度測定の強力なツールに再利用可能であることが示された。