[論文レビュー] Report of the SUGRA Working Group for Run II of the Tevatron

V. Barger, Wagner, C. E. M.|ArXiv.org|Mar 16, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 73

ひとこと要約

この論文は、最小超対称性重力（mSUGRA）フレームワークのもとで、改良された断面積推定値とバックグラウンドモデルを用いて、アップグレードされたテバトロン衝突機における超対称粒子の発見可能性を評価している。30 fb⁻¹の全フラクション量において、チャリノやニュートラリノ、第3世代のスクォークは質量が200–250 GeV未塔の場合に発見可能であり、第1・第2世代のスクォークおよびグルーギノは約400 GeVまで検出可能である。これは弱スケール超対称性の探査において、テバトロンが顕著な探査範囲を有することを示している。

ABSTRACT

We present an analysis of the discovery reach for supersymmetric particles at the upgraded Tevatron collider, assuming that SUSY breaking results in universal soft breaking parameters at the grand unification scale, and that the lightest supersymmetric particle is stable and neutral. We first present a review of the literature, including the issues of unification, renormalization group evolution of the supersymmetry breaking parameters and the effect of radiative corrections on the effective low energy couplings and masses of the theory. We consider the experimental bounds coming from direct searches and those arising indirectly from precision data, cosmology and the requirement of vacuum stability. The issues of flavor and CP-violation are also addressed. The main subject of this study is to update sparticle production cross sections, make improved estimates of backgrounds, delineate the discovery reach in the supergravity framework, and examine how this might vary when assumptions about universality of soft breaking parameters are relaxed. With 30 fb$^{-1}$ luminosity and one detector, charginos and neutralinos, as well as third generation squarks, can be seen if their masses are not larger than 200-250 GeV, while first and second generation squarks and gluinos can be discovered if their masses do not significantly exceed 400 GeV. We conclude that there are important and exciting physics opportunities at the Tevatron collider, which will be significantly enhanced by continued Tevatron operation beyond the first phase of Run II.

研究の動機と目的

• アップグレードされたテバトロンにおける超対称粒子の発見可能性を評価すること。
• Run IIにおけるスパーティクル生成断面積の更新とバックグラウンド推定値の精緻化。
• ソフト破れパラメータのユニバーサリティ仮定に依存する発見探査範囲の依存関係の評価。
• 放射修正、フレーバー、CP非保存性の物性論的影響の検討。
• 標準mSUGRAシグナルとは異なる代替の超対称性シグナルの探査、特にタウレプトンおよびbジャットチャネルを含む。

提案手法

• グランドユニフィケーションスケールにおけるユニバーサルなソフト破れパラメータを有するmSUGRAモデルを用いる。
• 低エネルギーにおけるスパーティクル質量および結合定数の計算に、レノルミゼーション群の進化を適用する。
• QCDおよび電弱補正を含む、スパーティクル生成および崩壊チェーンの詳細なモンテカルロシミュレーションを実施する。
• 同一符号の双レプトン、三レプトン、タウジェットといった主要なシグナルのための改善されたバックグラウンド推定を実装する。
• 複数の最終状態において、3σ感度基準を用いて信号の有意性を評価する。
• 精度の高い電弱データ、宇宙論的制約、真空安定性、およびフレーバー変換過程からの制約を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 mSUGRAフレームワークのもとで、30 fb⁻¹の全フラクション量におけるテバトロンにおけるチャリノおよびニュートラリノの発見探査範囲は何か？
• RQ2 第3世代スクォーク（ストップおよびスバットム）の発見探査範囲は、その崩壊モードと質量にどのように依存するか？
• RQ3 ソフト破れパラメータのユニバーサリティ仮定を緩和すると、テバトロンの超対称性感度にどのような影響が生じるか？
• RQ4 タウレプトンやbジャットを含む新しいシグナルは、標準的チャネルを越えて発見探査範囲を拡大できるか？
• RQ5 最軽いニュートラリノがハドロン的崩壊を示す、またはカスケード崩壊からのレプトンが弱いか存在しない場合、テバトロンによる超対称性の探査にどのような制限が生じるか？

主な発見

• 30 fb⁻¹の統合全フラクション量において、チャリノおよびニュートラリノは質量が200–250 GeV未塔の場合に発見可能である。
• 第3世代スクォーク（ストップおよびスバットム）は、崩壊モードに応じて、Run IIaでは180–200 GeV、Run IIbでは250 GeVまで検出可能である。
• 第1・第2世代スクォークおよびグルーギノは、質量が約400 GeV未塔の場合に発見可能である。
• ソフトレプトンカットを適用した三レプトンチャネルでは、大tanβ領域においてm₁/₂がRun IIaで140 GeV、Run IIbで180 GeVまで探査可能である。
• 軽いステウが右巻き型である場合、タウジェットシグナルは強化され、ジェット識別および信号の可視性が向上する。
• 最軽いニュートラリノがハドロン的崩壊を示す、またはカスケード崩壊からのレプトンが弱いか存在しない場合、発見探査範囲は顕著に低下し、低質量域でも超対称性が隠蔽される可能性がある。