[論文レビュー] Using lepton charge asymmetry to investigate the spin of supersymmetric particles at the LHC

A. J. Barr|arXiv (Cornell University)|May 6, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 32

ひとこと要約

本論文は、LHCにおける超対称粒子のスピンを決定するために、不変質量分布におけるレプトン電荷非対称性を用いる手法を提案する。スピン凝集状態の崩壊における角度分布を分析することで、クォーク-反クォーク生成の違いに比例する測定可能な非対称性が明らかになる。モンテカルロシミュレーションの結果、観測された非対称性はスピン-0のスleptonとスピン-1/2のニュートラリノの組み合わせと整合的であるが、2つのスピン-0粒子が予想する純粋な位相空間崩壊と整合しないことが示された。

ABSTRACT

If signals suggesting supersymmetry (SUSY) are discovered at the LHC then it will be vital to measure the spin of the new particles to demonstrate that they are indeed the predicted super-partners. A method is discussed by which the spins of some of the SUSY particles can be investigated. Angular distributions in sparticle decays lead to charge asymmetry in lepton-jet invariant mass distributions. The size of the asymmetry is proportional to the primary production asymmetry between squarks and anti-squarks. Monte Carlo simulations are performed for a particular mSUGRA model point at the LHC, demonstrating that the shape of the resultant asymmetry distributions are consistent with a spin-0 slepton and a spin-half neutralino-two, but are not consistent with the pure phase-space decays one would obtain from both sparticles being scalars.

研究の動機と目的

• LHCで発見された超対称粒子のスピンを特定するための手法を開発すること。
• SUSY信号が観測された際、スピン-0とスピン-1/2のスパーティクルを区別する課題に対処すること。
• 崩壊チェーンにおける角度分布を用いて、レプトン-ジェット不変質量における電荷非対称性を通じてスピン情報を抽出すること。
• 特定のmSUGRAモデル点におけるモンテカルロシミュレーションを用いて、手法の妥当性を検証すること。

提案手法

• 本手法は、超対称粒子崩壊チェーンにおける角度分布に依存しており、特にレプトン-ジェット対の不変質量に注目する。
• レプトン-ジェット不変質量分布における電荷非対称性は、崩壊過程におけるスピン依存の角度相関に起因する。
• 非対称性は、初期状態におけるクォークと反クォークの生成非対称性に比例する。
• 特定のmSUGRAモデル点に対してモンテカルロシミュレーションを実施し、異なるスピン仮定下での期待される分布をモデル化する。
• シミュレートされた非対称性の形状を、両方のスパーティクルがスピン-0の場合に予想される純粋な位相空間崩壊形状と比較する。
• 本分析は、スピン-0のスleptonとスピン-1/2のニュートラリノ2つの組み合わせと、2つのスピン-0粒子の状況を区別することに焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおける不変質量分布におけるレプトン電荷非対称性は、超対称粒子のスピンを推定するために用いることができるか？
• RQ2 スピン-0のスleptonとスピン-1/2のニュートラリノ2つと、2つのスピン-0粒子の状況とを比較した場合、電荷非対称性分布の形状はどのように異なるか？
• RQ3 観測された非対称性は、クォークと反クォークの生成非対称性にどの程度敏感か？
• RQ4 特定のmSUGRAモデル点におけるモンテカルロシミュレーションは、観測された非対称性がスピン-0とスピン-1/2のスパーティクルスケジュールと整合的であることを示せるか？
• RQ5 観測された非対称性は、2つのスピン-0スパーティクルが予想する純粋な位相空間崩壊分布と整合しないか？

主な発見

• レプトン-ジェット不変質量分布の形状には、スピン-0のスleptonとスピン-1/2のニュートラリノ2つの組み合わせと整合する電荷非対称性が存在する。
• 非対称性は、クォークと反クォークの生成非対称性に比例しており、スピン依存の起源を示している。
• シミュレートされた非対称性分布は、両方のスパーティクルがスピン-0の場合に予想される純粋な位相空間崩壊形状と一致しない。
• 本手法は、崩壊生成物の角度分布に基づいて、スピン-0とスピン-1/2の状況を効果的に区別できる。
• 結果として、SUSYモデルにおけるスピン決定のための有効な観測量として、不変質量分布における電荷非対称性が有効であることが示された。