[論文レビュー] SUSY Signatures in ATLAS at LHC

F. Paige|ArXiv.org|Jul 28, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、大型ハドロン衝突型加速器におけるATLAS検出器における超対称性（SUSY）の署名について包括的な研究を提示しており、mSUGRAフレームワーク内でのSUSY粒子およびヒッグスボソンの発見と精度測定に焦点を当てている。多ジェット＋横断的運動量欠損（$ olimits{E}_T$）の署名と運動量端点解析を用いて、10 fb$^{-1}$の統合放射光強度でATLASがグルーギノおよびクォークスーパーパartnerの質量を2 TeVまで探査できることを示しており、R対称性保存に起因する質量ピークが明確に見えない状況でも、SUSY粒子質量の詳細な再構成が可能であることを実証している。

ABSTRACT

This talk summarizes work by the ATLAS Collaboration at the CERN Large Hadron Collider on the search SUSY particles and Higgs bosons and on possible measurements of their properties.

研究の動機と目的

• LHCにおける超対称性粒子およびヒッグスボソンのATLAS検出戦略の開発と評価、特にmSUGRAモデル内での実施。
• SUSYイベントと標準模型背景を区別する強固な実験的署名（特に多ジェット＋$\nolimits{E}_T$）の特定。
• R対称性保存に起因する質量ピークが明確に見えない状況でも、崩壊生成物の運動量端点を用いたSUSY粒子質量の組み合わせ測定手法の確立。
• さまざまな生成および崩壊チャンネルをカバーする、標準模型に類似したヒッグスボソンおよび重いヒッグス状態に対するATLASの感度の評価。
• 運動量観測量とマルチチャンネル解析を用いた、SUSY発見および特徴付けの体系的かつモデルに依存しないアプローチの概説。

提案手法

• SUSY信号および標準模型背景のシミュレーションに、部分素子シャワーMCジェネレータ（Herwig, Pythia, Isajet）を用いる。
• 最終状態粒子へのATLAS応答をモデル化するため、パrameterized分解能および受容率を用いたGEANTベースの検出器シミュレーションを実施。
• 多ジェット＋$ olimits{E}_T$ イベントにおける信号対背景分離を向上させるために、$M_{\rm eff} = \not{E}_T + \sum E_{T,j}$ などの運動量変数を適用。
• 二レプトンおよび$\ell\ell j$質量分布における運動量端点を測定し、SUSY粒子質量の組み合わせを抽出。
• 背景抑制と$h \to \tau\tau$崩壊への感度向上のため、$e\mu$、$ee+\mu\mu$、および$\ell h$最終状態を組み合わせて使用。
• ハードなハドロン的$\tau$ジェットと$t$クォーク再構成に依存し、$gb \to tH^{-}$を介して重いヒッグスボソンを再構成。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおけるmSUGRAモデル内でのグルーギノおよびクォークスーパーパartnerの発見に向けたATLAS検出器の期待される探査範囲は何か？
• RQ2 二レプトンおよび$\ell\ell j$質量分布における運動量端点は、SUSY粒子質量の組み合わせを測定するためにどのように利用できるか？
• RQ3 100\,{\rm fb}^{-1}での統合放射光強度において、ATLASはさまざまな生成および崩壊チャンネルをカバーする標準模型に類似したヒッグスボソンに対してどの程度の感度を有するか？
• RQ4 特に$\tan\beta \gg 1$の場合に、$H^{-} \to \tau^{-}\bar{\nu}$崩壊モードで重いヒッグスボソンを再構成できるか？
• RQ5 横断的運動量欠損、ジェット、レプトンを含むマルチチャンネル解析は、ヒッグスボソン結合定数の測定をどのように向上させるか？

主な発見

• ATLASは、統合放射光強度が0.1 fb$^{-1}$でもグルーギノおよびクォークスーパーパartnerの質量を1 TeVを超えて探査可能であり、10 fb$^{-1}$でmSUGRAモデル内では2 TeVまで到達可能である。
• $M_{\rm eff}$変数は、標準模型背景からのSUSY信号の分離に効果的であり、高$M_{\rm eff}$領域では信号優位が観測された。
• $M_{\ell\ell}$分布における運動量端点測定により、$M_{\tilde{\chi}_2^0} - M_{\tilde{\chi}_1^0}$の精密な決定が可能となり、2体崩壊と3体崩壊を区別できる。
• 100\,{\rm fb}^{-1}では、複数の崩壊チャンネルを組み合わせた場合、標準模型ヒッグスボソンの発見の有意水準が10\sigmaを超える。また、ヒッグス質量ごとに少なくとも1つのチャンネルで5\sigmaの感度が達成される。
• $WW \to h \to \tau\tau$チャンネルでは、信号断面積が約1.0 fb、背景が0.5 fbであり、$\Gamma_{h,WW} \cdot \Gamma_{h,\tau\tau}$の測定が可能である。
• 重いヒッグスボソンは$H^{-} \to \tau^{-}\bar{\nu}$崩壊モードで、ハードなハドロン的$\tau$ジェット、2つの非$b$ジェット、およびトップクォーク崩壊に一致する$b$ジェットという署名により再構成可能である。