[論文レビュー] Physics performances for Scalar Electrons, Scalar Muons and Scalar Neutrinos searches at CLIC

Jean-Jacques Blaising, M. Battaglia+5 more|arXiv (Cornell University)|Jan 10, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、3 TeVの中心系エネルギーにおける制約付き最小超対称標準模型（cMSSM）において、スカラーレプトンおよびガウジノの探索を目的とした、コンパクト線形クollider（CLIC）の物理的性能を評価する。実際の検出器効果を反映したシミュレートされたイベントを用いて、レプトンエネルギースペクトルの運動学的エッジ解析により、選電子、スムーオン、スヌートリノ、ニュートラリノの質量分解能が1 GeV未塔に達することを示し、断面積測定の精度は約1–3%、主要な超対称粒子の質量決定は数GeVレベルの精度に達することを示している。

ABSTRACT

The determination of scalar leptons and gauginos masses is an important part of the program of spectroscopic studies of Supersymmetry at a high energy linear collider. In this talk we present results of a study of pair produced Scalar Electrons, Scalar Muons and Scalar Neutrinos searches in a Supersymmetric scenario at 3 TeV at CLIC. We present the performances on the lepton energy resolution and report the expected accuracies on the production cross sections and on the scalar leptons and gauginos masses.

研究の動機と目的

• CLICが3 TeVにおけるcMSSMシナリオにおいてスカラー電子、ミューオン、ニュートリノの感度を評価すること。
• レプトンエネルギースペクトル解析を用いて、超対称粒子の質量および断面積測定の精度を評価すること。
• CLICにおける高精度分光測定の文脈で、特にレプトンエネルギー分解能を含む検出器性能を特徴付けること。
• 右巻き選電子、スムーオン、スヌートリノおよび最軽いチャージンオおよびニュートラリノの質量を測定する予想される精度を特定すること。

提案手法

• 3 TeVの中心系エネルギーにおける右巻き選電子 $\tilde{e}_R^+\tilde{e}_R^-$、右巻きスムーオン $\tilde{\mu}_R^+\tilde{\mu}_R^-$、左巻き選電子 $\tilde{e}_L^+\tilde{e}_L^-$、およびスヌートリノ $\tilde{\nu}_e\tilde{\nu}_e$ 対生成のためのシミュレートされた $e^+e^-$ イベント。
• WhizardおよびPythiaを用いたイベント生成後、MokkaおよびCLIC_ILD_CDR検出器ジオメトリを用いたフル検出器シミュレーション。
• モンテカルロデータに基づいてトレーニングされた信号およびバックグラウンドの確率密度関数を用いた、多変量解析（TMVA）によるバックグラウンド抑制。
• 運動学的エッジ式（$E_L$, $E_H$, $\sqrt{s}$ を含む）を用いた再構築されたレプトンエネルギー分布への $\chi^2$ フィットによる質量決定。
• $\tilde{e}_L^+\tilde{e}_L^-$終状態のための運動量分布の積分およびジジェット対インヴァリアント質量フィッティングによる断面積抽出。
• 各イベントごとに確率的生成された $\sqrt{s}$ 値およびシミュレーションからのエネルギー分解能関数を用いたビームストラールンおよび初期状態放射（ISR）効果の組み込み。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CLICにおいて3 TeVの中心系エネルギーを用いた場合、右巻き選電子、スムーオン、スヌートリノおよび最軽いチャージンオおよびニュートラリノの質量分解能はどの程度期待されるか？
• RQ2 CLICにおいてスカラー・レプトンおよびスヌートリノ対生成の生産断面積はどの程度の精度で測定可能か？
• RQ3 CLICにおける超対称粒子探索において、レプトンエネルギー分解能が質量測定の精度に及ぼす制限はどの程度か？
• RQ4 CLICにおいて、スカラー・レプトンおよびスヌートリノ終状態の標準模型バックグラウンドを抑制するために、多変量解析はどの程度効果的か？
• RQ5 ビームストラールンおよび初期状態放射（ISR）が、CLICにおけるスレプトンおよびガウジノ質量の再構築に及ぼす影響は何か？

主な発見

• 右巻き選電子の質量は $\pm 2.8$ GeV の精度で測定され、総合的な不確実性は $\pm 2.8$ GeV に達する。
• 右巻きスムーオンの質量は $\pm 5.6$ GeV の精度で決定され、これはレプトンエネルギースペクトル解析による予想される分解能と整合的である。
• スヌートリノの質量は $\pm 3.9$ GeV の精度で測定され、スカラー・ニュートリノ探索における高い正確性を示している。
• 最軽いニュートラリノの質量は、右巻き選電子過程では $\pm 3.4$ GeV、スムーオン過程では $\pm 6.4$ GeV の精度で決定された。
• 右巻き選電子の生産断面積は統計的不確実性 $\pm 0.8\%$（$\pm 0.05$ fb に相当）で測定された。
• スヌートリノ対生成の断面積は $\pm 2.4\%$、すなわち $\pm 0.32$ fb の精度で測定され、このチャネルにおける優れた感度を示している。