[論文レビュー] Right sneutrinos in a supergravity model and the signals of a stable stop at the Large Hadron Collider

Debajyoti Choudhury, Sudhir Kumar Gupta+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 22, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、右手性スニュートリノが最軽い超対称粒子（LSP）である超重力モデルにおける超対称的シナリオを提案している。この場合、軽いストップクォークが長寿命の次に軽い超対称粒子（NLSP）として安定化される。適切な運動量カットを適用することで、ストップクォーク対生成は数か月分のLHCデータで観測可能な信号をもたらすが、グルーギノ対生成には約300 fb⁻¹の統合した断面積が必要となる。安定したNLSPの軌跡により、グルーギノ質量の再構成が可能である。

ABSTRACT

We investigate charged tracks signals of a supersymmetric scenario, where the lighter stop is the next-to-lightest supersymmetric particle (NLSP). It is found that such an NLSP is stable on the scale of the detector at the LHC if one has a right-chiral sneutrino as the lightest supersymmetric particle (LSP). After identifying some benchmark points in the parameter space of a supergravity scenario with non-universal scalar masses, we study a few specific classes of signals, namely, stop pair production and gluino pair production followed by each decaying into a stop and a top. It is shown that proper kinematic cuts remove the backgrounds in each case, and, while a few months' worth of data is sufficient to have copious events in the first case, one may require 300 $fb^{-1}$ for the other. One can also aspire to reconstruct the gluino mass, using the `visible' stable NLSP tracks.

研究の動機と目的

• 非一様なスカラー質量を持つ超重力モデルにおいて、右手性スニュートリノが最軽い超対称粒子（LSP）として機能する超対称的シナリオを検討すること。
• LSPの安定性により生じる長寿命のストップクォークが次に軽い超対称粒子（NLSP）としての性質を示す現象論的性質を調査すること。
• ストップクォーク対生成およびグルーギノ対生成に続く崩壊（グルーギノ → ストップ + トップ、ストップ → トップ + LSP）から生じるLHCにおける観測可能な信号を特定すること。
• 信号検出に必要な統合した断面積を特定し、安定したNLSPの軌跡からグルーギノ質量を再構成可能かどうかを評価すること。

提案手法

• 非一様なスカラー質量を持つ超重力モデルを用い、右手性スニュートリノがLSPとなるパラメータ空間内のベンチマーク点を同定すること。
• ストップクォーク対生成およびグルーギノ対生成の過程を分析し、連鎖崩壊（グルーギノ → ストップ + トップ、ストップ → トップ + LSP）を考慮すること。
• 両方の信号生成モードにおいて、標準模型のバックグラウンドを抑制するための運動量カットを適用すること。
• モンテカルロシミュレーションを用いて信号の有意性とイベントレートを評価し、検出に必要な統合した断面積を推定すること。
• 安定したNLSP（ストップ）の可視軌跡を用いて、運動的制約と運動量保存則をもとにグルーギノ質量を再構成すること。
• 現実の検出器条件およびデータ収集シナリオ下でのLHCの感度を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非一様なスカラー質量を持つ超重力モデルにおいて、右手性スニュートリノがLSPとして機能することで、軽いストップクォークが長寿命のNLSPとして安定化されるか？
• RQ2 LHC環境下で長寿命のストップクォークが支配的になる生成チャネルは何か。また、それらは標準模型のバックグラウンドとどのように区別できるか？
• RQ3 十分な有意性でストップクォーク対生成およびグルーギノ対生成を観測するために、どの程度の統合した断面積が必要か？
• RQ4 可視的で安定したストップNLSPの軌跡から、グルーギノ質量を運動論的解析により再構成できるか？
• RQ5 長寿命のストップ信号が存在する状況下で、運動量カットがバックグラウンドイベントを効果的に抑制するか？

主な発見

• 右手性スニュートリノがLSPとして機能することで、軽いストップクォークが検出器時間スケールで安定し、観測可能な電荷を帯びた軌跡信号が得られる。
• ストップクォーク対生成は、数か月分のLHCデータ収集で多数のイベントをもたらし、有望な信号チャネルである。
• グルーギノ対生成に続く崩壊（グルーギノ → ストップ + トップ）は、顕著な信号検出のために約300 fb⁻¹の統合した断面積を要する。
• 運動量カットは、ストップクォーク対生成およびグルーギノ対生成の両シナリオにおいて、標準模型のバックグラウンドを効果的に抑制する。
• 安定したストップNLSPの可視的軌跡を用いることで、運動論的解析によりグルーギノ質量の再構成が可能である。
• 本モデルは、LHCにおける長寿命ストップクォークの観測が可能な、実用的なフレームワークを提供する。