[論文レビュー] On the Phenomenology of Hidden Valleys with Heavy Flavor

Matthew J. Strassler|ArXiv.org|Jun 14, 2008

Remote Sensing and Land Use被引用数 42

ひとこと要約

この論文は、重いフラバーを伴う最終状態で、双レプトン共鳴状態のない隠れた谷モデルを調査し、ジェットとパートンの対応関係が破れているため、従来のジェットベースの解析が失敗することを明らかにした。代わりに、非定常な頂点数え上げ、ミューオン追跡、イベント形状変数と欠落運動量を組み合わせることで信号を分離する手法を提唱し、理想的な条件下では単一ジェットのインバリアント質量（R=0.7）が最も有望な観測量となることが示された。

ABSTRACT

A preliminary investigation of a large class of Hidden Valley models is presented. These models are more challenging than those considered in arXiv:0712.2041 [hep-ph]; although they produce a new light resonance which decays to heavy standard model fermions, they exhibit no light dilepton resonance. A heavy $Z'$ decaying to v-hadrons, which in turn decay mainly to bottom quarks and tau leptons, is considered; six case studies are investigated, using a new Monte Carlo simulation package. It is found that the one-to-one correspondence of jets and partons is badly broken, and the high-multiplicity heavy-flavor signal probably cannot be isolated by counting jets, with or without heavy-flavor tags. Instead, other measures, such as counting and correlating vertices or displaced tracks, and possibly counting of (non-isolated) muons and use of event-shape variables, should be combined with scalar transverse energy and/or missing transverse energy to reduce backgrounds. Within the resulting sample, searches for the v-pion mass resonance in both di-jet and single-jet invariant mass can help confirm a signal. The best observable in a perfect calorimeter seems to be single-jet invariant mass for jets of larger radius ($R$=0.7), although this needs further study in a realistic setting. A more detailed signal-to-background study is needed as a next step, but will face the difficulty of estimating the various high-multiplicity backgrounds.

研究の動機と目的

• プロンプト崩壊を伴い、バッターキューブやタウレプトンで支配される最終状態であり、双レプトン共鳴状態のない隠れた谷モデルの素粒子的性質を調査すること。
• 高多重度で非熱的であるがゆえに、イベントごとのフラクチュエーションが著しい状況におけるバックグラウンド推定の難しさに対処すること。
• パートン-ジェット対応関係が崩れる状況において、標準的なジェットカウントを超えた代替戦略を同定すること。
• 単一ジェットおよび二重ジェットのインバリアント質量分布が、v-パイオン共鳴状態の存在を確認するのにどの程度有効であるかを評価すること。
• 現実的な検出器条件における堅牢な非標準的観測量を同定することで、今後の信号対バックグラウンドの研究の土台を築くこと。

提案手法

• 6つの隠れた谷モデルのケーススタディに対して、重いZ′がvハドロンに崩壊する状況を想定し、HVMC 0.5と呼ばれる新しいモンテカルロシミュレーションパッケージを用いてイベントを生成した。
• Rパラメータを変化させた（0.4, 0.52, 0.7, 1.0）FastJet $k_{T}$およびコーンベースのジェットアルゴリズムを用いてジェットを再構築し、それらをパートオンジェットと比較した。
• 複数のアルゴリズムを用いて、パートオンジェットとハドロンジェットの間の $p_T$ および準垂直距離の一致度を評価することで、ジェット-パートン対応関係を分析した。
• 非標準的観測量として、非定常な頂点数え上げ、非分離ミューオンの追跡、およびスカラー $H_T$ と併用したイベント形状変数の評価を行った。
• v-パイオン崩壊からの可能性のある共鳴状態を同定するために、二重ジェットおよび単一ジェット（R=0.7）のインバリアント質量分布を分析した。
• 複数のアルゴリズム間でのジェット再構築性能を詳細に比較し、ミッドポイントコーンおよび異なるR設定を持つ $k_{T}$ の両方を含めた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ジェット-パートン対応関係の破綻が、高多重度で重いフラバーを伴う隠れた谷信号の分離能力にどのように影響を与えるか？
• RQ2 双レプトン共鳴状態がなく、イベントごとの多重度フラクチュエーションが著しい隠れた谷モデルにおいて、バックグラウンドを効果的に低減する代替観測量は何か？
• RQ3 単一ジェットインバリアント質量において、v-パイオン共鳴状態を最も感度良く捉えることができるジェット再構築アルゴリズムと半径（R）は何か？
• RQ4 標準的な共鳴状態シグネーピタが存在しない状況で、非定常な頂点と非分離ミューオンは、vハドロン崩壊の特定に有効な手がかりとなるか？
• RQ5 イベント形状変数と欠落運動量がスカラー $H_T$ とどのように組み合わさるかが、現実のバックグラウンドにおいて信号の可視性をどのように向上させるか？

主な発見

• 高多重度の隠れた谷イベントでは、パートオンとジェットの一対一対応関係が著しく破れ、標準的なジェットカウントでは信号の分離が不可能になる。
• R=0.7の単一ジェットインバリアント質量分布は、完全なカリブレーター条件下でv-パイオン共鳴状態を観測する上で最も有望な可能性を示したが、現実の検出器環境でのさらなる検討が必要である。
• 非定常な頂点数え上げ、非分離ミューオンの追跡、イベント形状変数、および欠落運動量を組み合わせることで、ジェットカウントのみに依存する手法よりも信号識別がより堅牢になる。
• $k_{T}$およびコーンアルゴリズムの両方とも、ハドロンジェットからパートオンジェットを効果的に再構築できたが、R値が大きくなると対応関係が劣化し、特にR=0.91の $k_{T}$ で顕著であった。
• 最高 $p_T$ のパートオンジェットとハドロンジェットは、すべてのアルゴリズムおよびR設定において良好に相関していたが、これは低 $p_T$ ジェットや全体のイベントトポロジーには拡張されなかった。
• Bハドロン崩壊に起因する二次的ミューオンの存在は顕著であり、非自明な $p_T$ スペクトルとイベントあたりの明確なミューオン数を示しており、信号のハンドルとしての有効性が裏付けられた。