[論文レビュー] Possible Effects of a Hidden Valley on Supersymmetric Phenomenology

Matthew J. Strassler|ArXiv.org|Jul 13, 2006

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 85

ひとこと要約

この論文は、自身のゲージ群、物質、および長寿命粒子を有する隠れたバレー領域が、その領域内に軽いスーパーパarticle（LSP）が存在する場合、超対称性の素粒子物理学に顕著な影響を与える可能性を調査している。LSPが軟らかなジェット、レプトン、およびずれた頂点に崩壊することで、標準的な運動量欠損信号が抑制され、LHCにおける検出が複雑化し、ずれた頂点や多粒子最終状態に注目した新しい探索戦略の必要性が生じる。

ABSTRACT

A hidden valley sector may havea profound impact on the classic phenomenology of supersymmetry. This occurs if the LSP lies in the valley sector. In addition to reducing the standard missing energy signals and possibly providing displaced vertices (phenomena familiar from gauge-mediated and R-parity-violating models) it may lead to a variable multiplicity of new neutral particles, whose decays produce soft jets and/or leptons, and perhaps additional displaced vertices. Combined, these issues might obscure supersymmetric particle production from search strategies used on current Tevatron data and planned for the LHC. The same concerns arise more generally for any model that has a symmetry (such as T-parity or KK-parity) realized nontrivially in both the standard-model and the hidden-valley sectors. Possible strategies for experimental detection are discussed, and the potential importance of the LHCb detector is noted.

研究の動機と目的

• LSPが真の基底状態ではなく、バレー領域内に長寿命粒子として存在する場合、隠れたバレー領域が超対称性の素粒子物理学にどのように影響を与えるかを分析すること。
• 運動量欠損信号の減少と、軟らかなジェット、レプトン、およびずれた頂点の出現によって生じる実験的課題を特定すること。
• 標準的なLHC探索戦略が運動量欠損量に基づいているが、このようなモデルでは超対称性を検出できなくなる可能性があるため、新しい検出手法の必要性を主張すること。
• とくにLHCb検出器が有する前方領域カバレッジと頂点測定能力を活かして、ずれた頂点や軟らかな最終状態を検出することがいかに重要かを強調すること。
• 追加次元やTパリティモデルにおける高次元オペレーターが、標準的でない崩壊チェーンや複雑なカスケード崩壊を通じて標準的シグネチャを模倣または隠蔽する可能性があるため、テバトロンおよびLHCの超対称性制限を再評価するよう要請すること。

提案手法

• 隠れたバレー領域を、自身の物質（v quarks, v squarks）とゲージボソン（v gluons, v gluinos）を有するコンfinement的ゲージ理論としてモデル化し、vハドロンの生成を導く。
• 標準模型超対称粒子のカスケード崩壊を分析し、2つのLSPが生成され、それらがバレー領域に崩壊してvハドロンを生成し、その後に可視粒子に崩壊する過程を検討する。
• 中性子の混合とR-奇性保存型カップリングの役割を検討し、標準模型超対称粒子が中間状態を通じてvハドロンに崩壊する可能性を評価する。
• 高次元オペレーター（例：クォークに対して次元5、KKクォークに対して次元6）が、バレー領域内の長寿命粒子の寿命に与える影響を評価する。
• 検出器固有の能力、特にLHCbの前方領域カバレッジと高精度な頂点測定能力を活かして、ずれた頂点や軟らかなジェットの検出可能性を評価する。
• 標準模型のバックグラウンドが存在しないことを踏まえ、高効率なずれた頂点検出がLHC準備において優先事項であるべきだと提言する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 R-奇性保存型超対称性において、自身の安定または長寿命粒子を有する隠れたバレー領域が、標準的な運動量欠損シグネチャにどのように影響を与えるか？
• RQ2 LSPが隠れたバレー領域内に長寿命粒子として存在する場合、軟らかなジェット、ずれた頂点、または多体崩壊といった主要な実験的シグネチャは何か？
• RQ3 長寿命LSPを有する隠れたバレーモデルの素粒子物理学的シグネチャは、ゲージ媒介型またはR-奇性破れ型SUSYモデルとどのような点で異なるか？
• RQ4 前方領域カバレッジと頂点測定能力を有するLHCb検出器は、一般用途検出器と比較して、これらの隠れたバレー信号を検出する上でどのような独自の利点を有するか？
• RQ5 追加次元モデルやTパリティを有するリトル・ヒッグスモデルにおける高次元オペレーターは、標準的SUSYと比較して、バレー領域内の長寿命粒子の寿命と検出可能性にどの程度の影響を与えるか？

主な発見

• LSPが隠れたバレー領域内に長寿命粒子として存在する場合、LSPがバレー領域の可視粒子に崩壊するため、超対称性の標準的運動量欠損シグネチャは顕著に減少または完全に消失する。
• LSPがvハドロンに崩壊し、それらがさらに崩壊することで、軟らかなジェット、レプトン、および可能性としてずれた頂点が生成され、標準的SUSYシグネチャを模倣または隠蔽する可能性がある。
• 長寿命LSPの崩壊によるずれた頂点は、主要な診断的シグネチャであり、標準模型のバックグラウンドが存在しないため、LHCにおける検出の優先課題となる。
• LHCb検出器は、前方領域カバレッジと高精度な頂点測定能力のおかげで、これらのシグネチャを検出する上で独自の立場を占めており、隠れたバレー現象の早期発見を可能にする可能性がある。
• 中性子の混合を伴うカスケード崩壊は、非常に抑制されたがもれなく、標準模型超対称粒子生成断面積が大きいことから、まれだが検出可能なvハドロン生成をもたらす可能性がある。
• ユニバーサル追加次元やTパリティを有するリトル・ヒッグスモデルのような高次元オペレーターは、標準的SUSYと比較して、より長寿命の粒子を生成する可能性があり、検出をさらに複雑化させる一方で、新たな探索機会を提供する。