[論文レビュー] Stop-Neutralino Coannihilation in the Light of LHC

Muhammad Adeel Ajaib, Tong Li+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 18, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 28

ひとこと要約

本稿は、1 fb⁻¹ のLHCデータを用いたATLASモノジェットおよびマルチジェット探索を用いて、制約付き最小超対称標準模型（CMSSM）におけるb-τ ユーカワ統一の文脈で、ストップ-ニュートラリノ共崩壊を調査する。LHCはNLSPストップ質量が140 GeV未塔を除外し、m₀ ≈ 8–16 TeVの大きなパラメータ空間の領域を除外する。また、スピン非依存およびスピン依存のニュートラリノ-核子断面積に対する厳しい制限を設定し、将来的なXenon1TおよびIceCube DeepCoreの感度を上回る。

ABSTRACT

We employ the ATLAS search results for events containing jets and large missing transverse momentum, corresponding to an integrated luminosity of 1 fb^{-1}, to investigate the constrained minimal supersymmetric model (CMSSM) with b-τYukawa coupling unification. In this scenario, one of the stops is the next-to-lightest supersymmetric particle (NLSP), which co-annihilates with the lightest (LSP) neutralino to yield the desired dark matter relic abundance. The NLSP stop, here taken to be lighter than the top quark, is slightly (

研究の動機と目的

• 大規模なm₀値（約8–16 TeV）を有するb-τ ユーカワ統一CMSSMモデルにおけるストップ-ニュートラリノ共崩壊の妥当性を調査すること。
• ATLASモノジェットおよびマルチジェット探索が、ストップ粒子がcharmクォークとLSPニュートラリノに崩壊するNLSPストップ崩壊にどれほど感度を持つかを評価すること。
• LHCデータが、ダークマターの残存密度とユーカワ統一と整合するパラメータ領域を除外できるかどうかを特定すること。
• LHCによるニュートラリノ-核子散乱断面積の制限を、現在および将来の直接検出実験と比較すること。

提案手法

• 1 fb⁻¹ の統合した全フラクション量から得られたATLASのジェットおよび大きな欠落運動量を伴うイベントの探索結果を用いる。
• 観測されたダークマターの残存密度を再現するために、NLSPストップとLSPニュートラリノ間の共崩壊メカニズムを適用する。
• ハードなQCDジェットを伴うストップ対生成を解析し、その後にストップがcharmクォークとLSPニュートラリノに崩壊する過程を検討する。
• モノジェットおよびマルチジェット探索が、ストップとニュートラリノの間の小さな質量差にどれほど感度を持つかを評価する。
• CDMS-II、XENON100、SuperK、IceCube、および予想されるXENON1T/SuperCDMS/DeepCoreの感度と比較して、LHCによるスピン非依存およびスピン依存のニュートラリノ-核子断面積の制限を評価する。
• μ > 0 の条件下で、CMSSMフレームワーク内においてm₀、m₁/₂、A₀、およびtanβのスキャンを実施し、10%またはそれ以下のレベルでb-τ ユーカワ統一を満たすモデルに焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ATLASモノジェットおよびマルチジェット探索は、b-τ ユーカワ統一CMSSMにおける共崩壊領域で、NLSPストップ質量が140 GeV未塔を除外できるか？
• RQ2 b-τ ユーカワ統一およびNLSPストップがcharmクォークに崩壊するモデルにおけるm₀–m₁/₂平面での除外領域はどのようになるか？
• RQ3 LHCによるニュートラリノ-核子散乱断面積の制限は、現在および将来の直接検出実験と比較してどの程度か？
• RQ4 b-τ ユーカワ統一CMSSMモデルにおいて、m₀ ≈ 8–16 TeVのパラメータ空間はどの程度LHCによって除外されるか？
• RQ5 ハードジェットを伴うストップ対生成は、共崩壊状況における軽量ストップの感度を向上させ得るか？

主な発見

• ATLASモノジェットおよびマルチジェット探索は、NLSPストップ質量が140 GeV未塔を除外し、共崩壊領域では上限が160 GeVまで達する。
• m₀ ≈ 8–16 TeVのパラメータ空間の大きな領域がLHCデータによって除外され、特にtanβ = 10、A₀ = 0、μ > 0 の場合にm₀ > 3 TeVの領域で顕著である。
• LSPニュートラリノ質量が約100 GeVのとき、LHCによるスピン非依存およびスピン依存のニュートラリノ-核子断面積の制限は、Xenon1T、SuperCDMS、IceCube DeepCoreの現在および将来の感度を上回る。
• NLSPストップがcharmクォークとLSPニュートラリノに崩壊する共崩壊メカニズムは、従来のTevatronの制限を回避する。これは、質量差が40 GeV未塔の場合に有効でないためである。
• 解析により、ハードQCDジェットを伴うストップ対生成が共崩壊状況の感度を向上させ、小さな質量差を持つ軽量ストップの除外が可能であることが示された。
• 本研究では、m₀–m₁/₂平面に広大な除外領域が特定され、最も厳しい制限はATLASのマルチジェットおよびモノジェット探索から生じた。