[論文レビュー] Searches for Large Extra Dimensions at the Tevatron

V. Krutelyov|ArXiv.org|Jul 3, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 10被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、√s = 1.96 TeVの陽子-反陽子衝突を用いたテバトロン加速器で、大規模な追加次元（LED）の包括的探索を提示している。直接的重力子生成（光子またはジェットを伴う消失運動量を伴う）および仮想的重力子交換（二重レプトン、二重光子、二ボソン最終状態）のシグネチャーを分析した結果、LEDの証拠は得られず、n=6の追加次元に対して、1400 GeV/c²までの新しい下限が設定された。これはLEPの制約と同等またはそれを上回る。

ABSTRACT

The presence of extra dimensions can be probed in high energy collisions via the production or exchange of gravitons. The former corresponds to signatures with missing energy while the latter corresponds to modifications of the final state spectra. Here I review results of analyses performed by the CDF and D0 Collaborations on ppbar collisions at 1.96 TeV in signatures sensitive to large extra dimensions. These include analyses of photon+(missing transverse energy) and jet+(missing transverse energy) as signatures of graviton production as well as analyses of dilepton and diboson final states sensitive to graviton exchange.

研究の動機と目的

• 標準模型における階層問題の解決策としての大規模な追加次元（LED）の妥当性を検証すること。
• テバトロンにおける高エネルギー$p\overline{p}$衝突における重力子生成および交換の存在を調べること。
• CDFおよびDØのデータを用いて、LEDモデルにおける基本的スケール$M_D$の実験的制約を設定すること。
• 複数の最終状態を組み合わせ、高精度の運動量再構築を活用することで感度を向上させること。

提案手法

• 消失運動量（$E\!\!\!/_T$）と高エネルギーの$E_T$を持つ光子またはジェットを伴う最終状態を介した直接的重力子生成の探索。追加のジェットやレプトンが存在しない排他的なシグネチャーを要件とする。
• データ駆動型バックグラウンド推定技術を用い、$Z\to\ell\ell$および$W\to\ell\nu$の制御サンプルを用いて、レプトンが消失した状態の$Z\to\nu\nu$および$W\to\ell\nu$バックグラウンドを推定した。
• CDFでは光子タイミング、DØでは光子指向性を用いて、宇宙線ミューオンが光子として誤識別されるのを抑制した。
• 二重レプトン、二重光子、$ZZ$最終状態における仮想的重力子交換を、インバリアント質量および角度分布の再構築によって分析し、スピン2の交換効果を調査した。
• CDFで$\gamma+{E\!\!\!/_T}$および$\mathrm{jet}+{E\!\!\!/_T}$チャンネルの結果を統合し、感度を向上させた。
• シミュレーションおよびデータ駆動型手法を用いて、ジェットから光子への誤識別および宇宙線バックグラウンドの寄与を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 テバトロンにおける$p\overline{p}$衝突での直接的重力子生成に基づく、大規模な追加次元における基本的スケール$M_D$の制限は何か？
• RQ2 $\gamma+{E\!\!\!/_T}$および$\mathrm{jet}+{E\!\!\!/_T}$シグネチャーのLED探査における感度は、どのように比較されるか？
• RQ3 二重レプトンおよび二ボソン最終状態における仮想的重力子交換にどのような制約を課すことができるか？
• RQ4 テバトロンの結果は、以前のLEP実験の制約とどのように比較されるか？
• RQ5 複数の最終状態の組み合わせは、個々のチャンネルを上回るLEDへの感度を向上させることができるか？

主な発見

• どの$\gamma+{E\!\!\!/_T}$、$\mathrm{jet}+{E\!\!\!/_T}$、二重レプトン、二重光子、$ZZ$最終状態に対しても、標準模型のバックグラウンドを上回る顕著な過剰は観測されなかった。
• CDFによる$\gamma+{E\!\!\!/_T}$および$\mathrm{jet}+{E\!\!\!/_T}$チャンネルの統合解析が、最も厳しい制限をもたらし、n=6の追加次元に対して95%信頼水準で$M_D > 1400$ GeV/c²となった。
• n=2の場合、CDFの$\gamma+{E\!\!\!/_T}$チャンネルから$M_D$の下限は1600 GeV/c²に達し、LEPの制約と同等であった。
• 二重レプトンおよび二重光子最終状態を通じた仮想的重力子交換の制約から、理論的パrameterに応じて$\Lambda$値は1〜2 TeVの間となった。
• $ZZ$最終状態の解析は、標準模型と整合的であり、理論的推定から$\Lambda$は1.5〜2.5 TeVに制約されることが期待された。
• LED探査におけるテバトロンの感度は、特に$\gamma+{E\!\!\!/_T}$および$\mathrm{jet}+{E\!\!\!/_T}$チャンネルにおいて、LEP実験の感度と同等またはそれを上回っていた。