[論文レビュー] SUSY Signatures at LHC

F. Paige|ArXiv.org|Nov 1, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）における超対称性（SUSY）の探索を概説し、グルーコアおよびスクォーク対生成からのミスド・トランスバースエネルギー（$ ot{E}_T$）を含むオーダーを焦点としている。$10\, \text{fb}^{-1}$ のランプセンシティを用いることで、LHCは $2\, \text{TeV}$ までのTeVスケールのSUSY粒子を発見可能であり、軽い超対称粒子（$\tilde{\chi}_1^0$）が不顕在である場合でも、運動量の端点法を用いてSUSY粒子の質量を測定可能であることを示している。

ABSTRACT

The ATLAS and CMS Collaborations at the CERN Large Hadron Collider (LHC) have devoted considerable effort to the study of SUSY signatures and measurements. This talk provides an overview of what can be learned at the LHC if TeV-scale SUSY exists.

研究の動機と目的

• 多ジェット + $\not{E}_T$ 署名を用いて、LHCにおけるTeVスケール超対称性の発見可能性を評価すること。
• 軽い超対称粒子（$\tilde{\chi}_1^0$）が不顕在である場合に、SUSY粒子質量を測定するための運動量端点技術の開発と評価。
• R対称性およびR対称性破れのさまざまな状況下でのモデル依存的SUSY署名の調査、特にGMSBおよびAMSBモデルを含む。
• 光子、長寿命粒子、およびレプトン崩壊など、発見可能性を高めるための特徴的な署名の同定と特徴化。
• 複数の運動量およびトポロジー観測量を統合した、LHCにおける初期SUSY測定の体系的プログラムの確立。

提案手法

• 部分素粒子シャワーのモンテカルロシミュレーションプログラム（例：HERWIG, ISAJET, PYTHIA）を用い、高速検出器シミュレーションを組み合わせてSUSYイベントおよび標準模型背景をシミュレートする。
• ジェットの $E_T > 100, 50, 50, 50\,\text{GeV}$ および $\not{E}_T > 100\,\text{GeV}$ のような運動量カットを適用し、SUSY署名を分離する。
• 信号と背景の区別に重要な判別子として、有効質量変数 $M_{\text{eff}} = \not{E}_T + \sum p_{Tj}$ を用いる。
• 二レプトンおよび $\tau\tau$ 最終状態における運動量端点を用いて質量スケールを再構築し、運動量および偏光依存性を活用する。
• ATLAS検出器における到達時間およびバーテックス分解能を用いて、$\tilde{\chi}_1^0 \to \tilde{G}\gamma$ や長寿命スlepton NLSLの長寿命粒子を同定する。
• カスケード過程における $\tilde{\chi}_1^0$ 崩壊の端点解析を用いて、直接的な質量ピークがなくても質量組み合わせを推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 10\,\text{fb}^{-1} の統合ランプセンシティを用いた場合、LHCは $2\,\text{TeV}$ までのグルーコアおよびスクォーク質量を発見できるか？
• RQ2 軽い超対称粒子が不顕在である場合、二レプトンおよび $\tau\tau$ 最終状態における運動量端点をどのように用いてSUSY粒子質量を推定できるか？
• RQ3 ゲージ媒介超対称性破れ（GMSB）モデルにおける特徴的な署名、特に長寿命中性ノンまたはスレプトンの場合はどうか？
• RQ4 R対称性破れのパターンが、特に $b$ ジェットが存在しない場合のSUSY署名の検出可能性に与える影響は？
• RQ5 到達時間およびバーテックス再構築を用いて、$\tilde{\chi}_1^0$ や $\tilde{\ell}$ のような長寿命粒子の寿命を測定可能か？

主な発見

• R対称性保存を仮定した場合、LHCは $10\,\text{fb}^{-1}$ の統合ランプセンシティのみを用いて、$2\,\text{TeV}$ までのグルーコアおよびスクォークを発見可能である。
• mSUGRAモデルにおいて、1か月間の10%設計ランプセンシティで、多ジェット + $\not{E}_T$ チャネルにおける $5\sigma$ 発見到達域は、グルーコアおよびスクォーク質量で約 $1500\,\text{GeV}$ まで延びる。
• 二レプトン最終状態（例：$e^+e^-$, $\mu^+\mu^-$）における運動量端点を用いることで、SUSY質量スケールの再構築が可能であり、$100\,\text{fb}^{-1}$ のデータで高精度な測定が可能となる。
• $\tau\tau$ 質量分布はスピン状態の反転および崩壊モード分離に明確に感度を示し、細粒度のコロリメータおよびトラッカー情報により、$\tau$ 質量の再構築が可能である。
• 長寿命 $\tilde{\chi}_1^0 \to \tilde{G}\gamma$ を持つGMSBモデルでは、ATLAS検出器は $c\tau \sim 100\,\text{km}$ の感度を達成可能であり、光子の角度および時間分解能により、ずれた光子の検出が可能である。
• 長寿命スレプトンNLSLは、ミューオン系における到達時間測定により同定可能であり、ゼロ、1つ、または2つのこのようなトラックを数えることで、寿命の推定が可能である。