[論文レビュー] Ultra High Jet Signals from Stringy No-Scale Supergravity

Tianjun Li, James A. Maxin+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 11, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 17

ひとこと要約

本論文は、TeVスケールのベクトルレジーム粒子を伴う、ストリング理論に由来するノスケール超対称性理論モデル、特にF理論の反転型$SU(5)\times U(1)_X$モデルから生じる、特徴的な超高密度ジェット信号を提案する。LHCのデータ選別カットを見直し、最小ジェット$ p_T $を20 GeVに低下させるとともに、少なくとも9本のジェットを要件とすることで、信号対背景比が29.5に向上し、$\sqrt{s} = 7$ TeVおよび1 fb$^{-1}$の統計的データ量において、従来は見えにくかった超対称性信号がLHCで発見可能になる。

ABSTRACT

We present distinctive signatures of flipped F-Theory models with TeV-scale vector-like particles, a \sqrt{s} = 7 TeV 1 fb^{-1} test at LHC of a class of models well-motivated from string theory. The characteristic feature is a light stop and gluino, both sparticles lighter than all other squarks. This unique aspect of the supersymmetry spectrum generates an ultra-high multiplicity of hadronic jets. We find the optimal signal to background ratio is realized for 9 or more jets. Exclusion of the essential cuts presented here could leave the ultra-high jet signal severely attenuated and concealed.

研究の動機と目的

• 初期LHCデータにおいて、従来の低多重ジェット選別カットによって覆い隠されている特徴的な超対称性信号を特定・保持すること。
• ストリング理論に由来する反転型F理論$SU(5)\times U(1)_X$モデルが、TeVスケールのベクトルレジーム粒子を伴い、軽いストップおよびグルアインによって超高密度ジェット多重度を生じることを示すこと。
• 高多重ジェットイベントを保持するための改訂された事後処理選別カットを提案し、信号の可視性および発見可能性を向上させること。
• ノスケール境界条件およびダイナミカルなモジュール安定化を含む、厳密な素性的およびトップダウン理論的制約のもとでも信号が頑健であることを確立すること。
• 特に$H_T$スペクトルおよびジェット多重度分布を通じて、標準模型および最小超対称性理論と明確に区別可能な信号であることを示すこと。

提案手法

• 超対称性の$\cal{F}$-$SU(5)$統一スケールでノスケール超対称性境界条件を採用し、$M_0 = A = B_\mu = 0$とし、スーパーノスケール条件により動的に決定される$M_{1/2}$および$\tan\beta$を用いる。
• 1ループのベータ関数計算により、ベクトルレジーム粒子の寄与によって$\beta_3 = 0$となることが示され、これはグルアインがすべてのスクォーク（ストップを除く）より軽いことを意味する。
• ベクトルレジーム粒子質量$M_V \sim 1000$ GeV、グルアイン質量$m_{\tilde{g}} \sim 600$ GeV、および$\cal{F}$-$SU(5)$ゴールデンストリップに一致する軽いストップ質量を持つモデルを用いて、加速器イベントをシミュレートした。
• 標準的なLHCデータ選別カットを見直し、最小ジェット横運動量を20 GeVに低下させ（ジェット断片化効果を回避するため）、最小ジェット数を9本に引き上げた。
• 1 fb$^{-1}$の$\sqrt{s} = 7$ TeVデータを用い、$\cal{F}$-$SU(5)$信号とSM $t\bar{t}+jets$およびSP3ベンチマークとの間でイベント数のカウントおよび$H_T$スペクトル解析を実施した。
• 発見可能性を評価するため、信号対背景比$S/\sqrt{B} = 29.5$を計算し、5シグマの閾値を大きく上回ることを確認した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ストリング理論に由来するノスケール超対称性理論モデルは、初期LHCでテスト可能であり、かつ標準模型と明確に異なるコライダー信号を生成できるか？
• RQ2 低多重ジェットイベントに焦点を当てた標準的なLHCジェット選別戦略は、超高密度ジェット多重度を示すモデルにおいて、真の超対称性信号を覆い隠す可能性が高いのはなぜか？
• RQ3 $\cal{F}$-$SU(5)$モデルにおける高多重ジェット信号の可視性を保持・強化するために、どのような具体的なデータ選別カットの修正が必要か？
• RQ4 グルアインがストップを除くすべてのスクォークより軽いという事実は、チェーン崩壊における特徴的なジェット多重度パターンをどのように生じさせるか？
• RQ5 物理的または恣意的な閾値を導入することなく、最適化された事後処理カットによって信号対背景比を著しく改善できるか？

主な発見

• ノスケール超対称性境界条件を用いた$\cal{F}$-$SU(5)$モデルは、ストップが軽く、他のすべてのスクォークよりグルアインが軽いことから、1イベントあたり少なくとも9本のジェットを含む特徴的な超高密度ジェット信号を生成する。
• Khachatryan:2011tkおよびPAS-SUS-09-001に記載された標準CMSカットは、高多重ジェットイベントを除外し、信号を9本未満にまで減少させ、信号対背景比を著しく低下させる。
• 最小ジェット$ p_T $を20 GeVに低下させ、少なくとも9本のジェットを要件とすることで、信号対背景比が$ S/\sqrt{B} = 29.5 $に向上し、5シグマの発見閾値を大きく上回る。
• 1 fb$^{-1}$の$\sqrt{s} = 7$ TeVデータにおいて、信号イベント数は93.2で、SP3ベンチマークの背景イベント数2.4および$t\bar{t}+jets$の10に比べて顕著に高い。
• $H_T$スペクトルは、$\cal{F}$-$SU(5)$信号がSMおよび最小超対称性理論の背景と明確に分離されることを示し、信号の頑健性を確認した。
• このモデルは実験的制限と整合するプロトン崩壊率を予測し、ステウ質量がLEPの除外閾値に近いことから、タウ粒子再構築によるLHCでの即近い発見が期待される。