[論文レビュー] Supersymmetry production cross sections in pp collisions at sqrt{s} = 7 TeV

Michael Krämer, Anna Kulesza+5 more|arXiv (Cornell University)|Jun 13, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 38被引用数 162

ひとこと要約

本稿では、√s = 7 TeV の pp 衝突における超対称性（SUSY）生成断面積およびその理論的不確実性を標準化されたフレームワークで計算する手法を提案している。次-leading order（NLO）および次-leading logarithmic（NLL）QCD補正を用いる。スクアーキューブ、グルアインो、ストップ、スバットン、電磁的SUSY状態のベンチマーク断面積と不確実性推定値を提供しており、特に高質量領域ではPDFとスケール変動による不確実性が支配的である。

ABSTRACT

This document emerged from work that started in January 2012 as a joint effort by the ATLAS, CMS and LPCC supersymmetry (SUSY) working groups to compile state-of-the-art cross section predictions for SUSY particle production at the LHC. We present cross sections for various SUSY processes in pp collisions at $\sqrt{s} =7$ TeV, including an estimate of the theoretical uncertainty due to scale variation and the parton distribution functions. Further results for higher LHC centre-of-mass energies will be collected at https://twiki.cern.ch/twiki/bin/view/LHCPhysics/SUSYCrossSections. For squark and gluino production, which dominate the inclusive SUSY cross section, we employ calculations which include the resummation of soft gluon emission at next-to-leading logarithmic accuracy, matched to next-to-leading order (NLO) SUSY-QCD. In all other cases we rely on NLO SUSY-QCD predictions.

研究の動機と目的

• LHCにおけるSUSY生成断面積の理論的フレームワークを一貫性を持って確立すること、特に√s = 7 TeV の pp 衝突を対象とする。
• NLOおよびNLL QCD補正を用いることでSUSY断面積予測の理論的不確実性を低減し、実験的解釈の精度を向上させること。
• 特にスケール変動およびPDFセットに起因する理論的不確実性を、さまざまなSUSY生成チャネルにわたって定量化・標準化すること。
• ATLASおよびCMS共同研究グループが一貫した理論的入力を用いてLHCデータを解釈するための基準を提供すること。
• LHCデータ取得の進行に伴い、より高い中心系エネルギー（例：8 TeV）へのフレームワークの拡張を図ること。

提案手法

• スクアーキューブ、グルアインオ、ストップ、スバットンの対生成過程に、次-leading order（NLO）および次-leading logarithmic（NLL）QCD補正を適用する。
• 因子化スケールおよび規範化スケールの同時変動（参考スケールμの0.5–2倍、最終状態超対称粒子質量の平均値として定義）を用いてスケール不確実性を推定する。
• 複数のPDFセット（CTEQ6.6およびMSTW2008）を用いてPDF関連不確実性を評価し、一貫した誤差規定を適用する。
• tanβ = 10、A₀ = 0 GeV、μ > 0 のCMSSMフレームワークにおいて、色を持つSUSY状態（スクアーキューブ、グルアインオ）および電磁的状態（チャリオン、ニュートラリノ、スレプトン）の断面積を計算する。
• Prospino2を用いてストップ対生成における分離限界を処理し、仮想補正におけるカウンターターミスおよびαsの進行を一貫させる。
• 異なるPDFセットおよびスケール変動の結果を比較して総合的な理論的不確実性を導出し、m₀–m₁/₂質量平面における可視化を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √s = 7 TeV の pp 衝突におけるスクアーキューブおよびグルアインオ対生成のNLO+NLL断面積は何か？ その主な理論的不確実性は何か？
• RQ2 スケールおよびPDF不確実性は、LHCデータの文脈におけるSUSY除外限界の解釈にどのように影響を及けるか？
• RQ3 ストップおよびスバットン対生成の断面積と不確実性は何か？ また、軽いフレーバーのスクアーキューブ生成とはどのように異なるか？
• RQ4 電磁的SUSY生成（例：チャリオン/ニュートラリノおよびスレプトン対生成）における理論的不確実性は、強い生成チャネルと比べてどう異なるか？
• RQ5 高質量SUSYシナリオでは、PDF不確実性がスケール不確実性を上回る程度はどの程度か？

主な発見

• 色を持つSUSY状態（スクアーキューブおよびグルアインオ）の理論的不確実性は、特に高質量領域でPDF不確実性が支配的であり、スケール不確実性は通常10%未満である。
• チャリオンおよびスレプトン対のような電磁的SUSY状態では、スケール不確実性は一般的に10%未満であるが、色を持つ状態との関連生成では不確実性が最大35%に達する場合がある。
• チャリオン対生成におけるPDF関連不確実性は、CTEQ6.6およびMSTW2008両セットで5%未満であり、これらのチャネルにおける安定性が示されている。
• NLO+NLL補正を組み込むことで、スケールが超対称粒子質量付近に選ばれた場合、LO予測に比べ断面積が顕著に増加し、理論的不確実性帯が縮小される。
• 以前のNLOのみの推定値と比較して、本フレームワークは理論的不確実性を顕著に低減しており、SUSY探索におけるより精密な除外限界および発見可能性の向上に寄与している。
• さまざまなSUSYモデルおよびパラメータにおける断面積と不確実性の包括的コレクションは、SUSY断面積ワーキンググループのtwikiページで維持されており、今後8 TeV以降への拡張が予定されている。