[論文レビュー] The Ultra-High Jet Multiplicity Signal of Stringy No-Scale F-SU(5) at the \sqrt{s} = 7 TeV LHC

James A. Maxin, Tianjun Li+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 21, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、軽量のストップおよびグルーギノを有する特異な質量階層を持つノスケール $φ$-SU(5) 超対称モデルの特徴的な衝突機器シグナルを提案する。$√s = 7$ TeV LHCでは、修正されたカット（$p_{\rm T} > 20$ GeV、$\geq$ 9本のジェット）を用いることで、わずか $1~{\rm fb}^{-1}$ の光度でもこのシグナルを検出可能であり、標準模型背景や最小超対称重力モデルなどと明確に区別できる。

ABSTRACT

We present the distinctive collider signatures of No-Scale F-SU(5), a highly efficient and phenomenologically favored model built on the tripodal foundations of the F-lipped SU(5) X U(1)_X Grand Unified Theory, extra F-theory derived TeV scale vector-like particle multiplets, and the dynamic high scale boundary conditions of No-Scale Supergravity. The identifying features of the supersymmetric spectrum are a light stop and gluino, with both sparticles much lighter than all the additional squarks. This unique mass hierarchy leads to the enhanced production of events with an ultra-high multiplicity of hadronic jets which should be clearly visible to the \sqrt{s} = 7 TeV LHC at only 1 inverse fb of integrated luminosity. We suggest a modest alternative event cutting procedure based around a reduced minimal transverse momentum per jet (p_T > 20 GeV), and an increased minimal multiplicity (>= 9) of distinct jets per subscribed event. These criteria optimize the F-SU(5) signal to background ratio, while readily suppressing the contribution of all Standard Model processes, allowing moreover a clear differentiation from competing models of new physics, most notably minimal supergravity. The characteristic No-Scale signature is quite stable across the viable parameter space, modulo an overall rescaling of the mass spectrum; Detection by the LHC of the ultra-high jet signal would constitute a suggestive evocation of the intimately linked stringy origins of F-SU(5), and could possibly provide a glimpse into the underlying structure of the fundamental string moduli.

研究の動機と目的

• 初期LHCでテスト可能な、現象論的に妥当かつ弦理論的動機づけられた超対称モデルを特定すること。
• 初期LHCデータにおける高圧縮または特異な超対称シグナルと標準模型背景の区別を困難にする課題に取り組むこと。
• 特定のクラスの超対称モデルに対して信号対背景比を向上させる修正されたイベント選択戦略を提案すること。
• ノスケール $φ$-SU(5) モデルがその有効パラメータ空間全域で安定で特徴的な超高ジェット多重度シグナルを生成することを示すこと。

提案手法

• モデルは、F理論から導かれる $SU(5)\times U(1)_X$ 一致統一理論に基づき、ベクトル型の多重項とノスケール超対称重力境界条件を有する。
• 超対称スケーリングスペクトルは、軽量のストップおよびグルーギノを特徴とし、他のすべてのクォークスーパーパartnerは著しく重いため、特異な質量階層を形成する。
• 理論的予測は、走査群方程式（RGEs）とスーパーノスケール機構を用いて $M_{1/2}$ および $\tan\beta$ を動的に決定することで得られる。
• 修正されたイベント選択基準として、1ジェットあたり $p_{\rm T} > 20$ GeV かつ1イベントあたり最低9本の異なるジェットを要件とする。
• 信号対背景比の最適化は、最小トランスバース運動量の低減と最小ジェット多重度の増加によって達成される。
• RGEの走査とノスケール境界条件下での真空の最小化により、パラメータ空間全域でのモデルの安定性が確認された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 弦理論的動機づけられた超対称モデルで、特異な質量階層を持つものにおいて、7 TeV LHCで検出可能な超高ジェット多重度シグナルが生成されるか。
• RQ2 ノスケール $\phi$-SU(5) のような特異な超対称シグナルに対して、イベント選択カットをどのように修正すれば信号対背景比を向上させられるか。
• RQ3 ノスケール $\phi$-SU(5) モデルがその全有効パラメータ空間で、特徴的なコライダー・シグナルを維持するか。
• RQ4 スーパーノスケール機構が、トップダウンの弦理論とボトムアップの現象論の両者と整合する形で $M_{1/2}$ および $\tan\beta$ を動的に決定できるか。
• RQ5 ノスケール $\phi$-SU(5) モデルは、特にジェット多重度の観点から、最小超対称重力とどのように異なるコライダー素性を示すか。

主な発見

• ノスケール $φ$-SU(5) モデルは、$\sqrt{s} = 7$ TeV LHCで $1~{\rm fb}^{-1}$ の光度のみで検出可能な超高ジェット多重度シグナル（1イベントあたり $\geq$ 9本のジェット）を予測する。
• このシグナルは、軽量のストップおよびグルーギノ、他のすべてのクォークスーパーパartnerが著しく重いという特異な質量階層に起因し、多数のジェットを生成する崩壊連鎖によって生じる。
• 修正されたイベント選択カット（$p_{\rm T} > 20$ GeV、$\geq$ 9本のジェット）は、標準模型背景を顕著に抑制する一方で、信号を保持する。
• 特徴的なシグナルは、有効パラメータ空間全域で安定しており、質量スペクトルの全体的なスケーリングを除いて変化しない。
• このモデルのシグナルは、その高いジェット多重度のおかげで、最小超対称重力や他の競合する新しい物理モデルと明確に区別できる。
• このようなシグナルの検出は、モデルの弦的起源に関する間接的証拠を提供するとともに、基本的弦理論におけるモジュライ安定化に関する洞察をもたらす。