[論文レビュー] Sensitivity of an Upgraded LHC to R-Parity Violating Signatures of the MSSM

Daniel Duggan, Jared A. Evans+5 more|arXiv (Cornell University)|Aug 18, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 25被引用数 13

ひとこと要約

本論文は、自然性に動機づけられたスペクトルを有する簡略化モデルを用いて、R対称性破れ（RPV）超対称性の印税を、アップグレードされたLHCの感度について評価する。特に、ストップ、ヒッグスイノ、グルーギノに注目する。Pythia 8およびDelphesシミュレーションを用い、14 TeV、3000 fb⁻¹の条件でトップ squarkの質量到達限界を1070 GeVまで押し上げることを予測し、現実的な背景条件下で、マルチレプトン、ジジェット対、第3世代レプトクォーク最終状態におけるRPV SUSYの発見可能性が向上することを示している。

ABSTRACT

We present a sensitivity study for the pair-production of supersymmetric particles which decay through R-parity violating channels. As the scope of possible RPV signatures is very broad, the reach of several selected signatures spanning a representative variety of possible final states is considered. Preference in representation is given to spectra motivated by naturalness, i.e. light higgsinos, stops and gluinos. The sensitivity studies are presented for proton-proton collisions at 14 TeV with an integrated luminosity of 300 and 3000 fb^-1, as well as at 33 TeV with an integrated luminosity of 3000 fb^-1.

研究の動機と目的

• 標準模型を超えるR対称性破れ（RPV）超対称性の印税に対するアップグレードLHCの発見可能性を評価すること。
• ヒッグス系における微調整を回避するため、特に軽いヒッグスイノ、ストップ、グルーギノを含む自然性に動機づけられたスペクトルを持つ簡略化モデルに焦点を当てる。
• 14 TeV（300および3000 fb⁻¹）および33 TeV（3000 fb⁻¹）の将来のLHCランにおける、代表的なRPV最終状態への感受性を評価すること。
• 多様なRPV結合の課題に対処するため、単一結合優位性の仮定と即時崩壊の仮定を用いて感受性分析を単純化すること。
• マルチレプトン、第3世代レプトクォーク、ジジェット対最終状態を含む、複数の探索チャネルにおける主要なRPV印税のベンチマーク予測を提供すること。

提案手法

• 信号イベントは、RPV結合を通じて崩壊するペア生成超対称パートナのシミュレーションにPythia 8を用い、ストップ、ヒッグスイノ、グルーギノを含む崩壊チェーンを再現した。
• 検出器効果は、Delphes 3.0.6または3.0.9を用いてシミュレートし、現実的なジャケットエネルギー分解能および再構成効率を適用した。
• バックグラウンド推定には、7 TeV CMSデータにフィットした四パラメータ関数形（式2.1）に基づくデータ駆動型スケーリング法を採用し、t\bar{t}截面比を用いて14および33 TeVにスケーリングした。
• チャネルごとに選択カットを適用した。例えばジジェット対では、ジジェット対間の最小の質量差分率が選択され、QCDバックグラウンドを抑制するため50 GeVのΔカットが用いられた。
• 感受性は信号の有意水準と質量到達限界を用いて評価され、ジャケットエネルギースケール（1%、3%、5%）およびバックグラウンド正規化（ノーマルおよび40%高い）の系宮的変動を考慮した。
• 複数のRPV結合（LLE、LQD、UDD、LH3）を検討し、それぞれが異なる最終状態と探索戦略（例：マルチレプトン、ジジェット対、第3世代レプトクォーク）を定義した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 14 TeV、3000 fb⁻¹の統合照射量におけるトップ squarkのRPV SUSYにおける予想される質量到達限界はどの程度か？
• RQ2 第3世代優位性と自然性に動機づけられた構造のRPV結合が、マルチレプトンおよびジジェット対探索チャネルの感受性にどのように影響するか？
• RQ3 モンテカルロ統計が限られている高ジャケット多重度最終状態において、データ駆動型バックグラウンドスケーリングが感受性予測の信頼性をどの程度向上させ得るか？
• RQ4 中心系エネルギーを33 TeVに引き上げることで、14 TeVに比べてRPV SUSY印税の到達限界がどの程度向上するか？
• RQ5 特に大規模なQCDバックグラウンドを伴うジャケットのみの最終状態において、RPV SUSY印税を検出する際の主な実験的課題は何か？

主な発見

• 14 TeV、3000 fb⁻¹の条件下で、UDD312ベンチマーク（ストップが2つのジジェットに崩壊する）では、トップ squarkの質量到達限界が1070 GeVに達することが予測されている。
• UDD212ベンチマーク（ストップがトップクォーク対および3ジャケット最終状態に崩壊する）では、3000 fb⁻¹の条件下で1650 GeVの到達限界が予測されている。
• LQD333ベンチマーク（第3世代レプトクォークに類似した最終状態を含む）では、3000 fb⁻¹の条件下でトップ squarkの感受性が1650 GeVに達することが予測されている。
• マルチレプトン最終状態（例：LLE122およびLLE233）では、グルーギノおよびヒッグスイノの到達限界は、3000 fb⁻¹の条件下でLLE122では1800 GeV、LLE233では1950 GeVに達することが予測されている。
• 33 TeV、3000 fb⁻¹の条件下では、UDD312チャネルにおけるトップ squarkの到達限界は8500 GeVにまで上昇し、高エネルギーでの発見可能性が著しく向上することが示唆されている。
• 本研究は、四パラメータ関数形（式2.1）を用いたデータ駆動型バックグラウンドスケーリングが、モンテカルロシミュレーションが信頼できない高ジャケット多重度最終状態におけるQCDバックグラウンド推定に、きわめて頑健な手法であることを確認した。