[論文レビュー] Vector-like $B$ pair production at future $pp$ colliders

E. W. Varnes|arXiv (Cornell University)|Sep 3, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 8被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、高速シミュレーションと信号・背景の最適化を用いて、同じ符号の二重レプトン最終状態を介した、将来のpp衝突機におけるペア生成されたベクトル型Bクォークへの感受性を評価する。14 TeV、300 fb⁻¹の条件下では1.0 TeVのBクォークの発見可能性が確認され、33 TeVでは高積み重ね状態下でも1.5 TeVのBクォークまで感受性が及ぶ。これは標準模型を超える新しい物理の探査において、LHCをはるかに超える探査範囲を示している。

ABSTRACT

The capabilities of 14 TeV and 33 TeV pp colliders for discovering vector-like B quarks is examined. These studies were carried out as part of the Snowmass Community Planning exercise.

研究の動機と目的

• ヒerarchy問題の解決策としての動機づけられる、将来の高エネルギーpp衝突機におけるペア生成されたベクトル型Bクォークへの感受性を評価すること。
• 現在のLHCの探査範囲（約750 GeV）を超える1.5 TeVまでのBクォークの発見可能性を評価すること。
• H_T、E_T^miss、bタグの選択基準を最適化し、S = N_s / sqrt(N_s² + N_b² + σ_syst²) の有意水準を最大化すること。
• 積み重ね（50対/交差 vs. 140対/交差）および光度（300 vs. 3000 fb⁻¹）が感受性に与える影響を定量化すること。
• 14 TeV（高光度LHC）、14 TeV（高積み重ね）、33 TeV（将来の衝突機）の各衝突機シナリオの性能を、現実的な背景推定を用いて比較すること。

提案手法

• 1.0 TeVおよび1.5 TeVのBクォークの信号サンプルは、MadGraph v1.5.10を用いて生成され、Wt、Zb、Hbへの崩壊を強制することで6つの異なる最終状態が得られた。
• 崩壊およびハドロン化はPythia 8でシミュレートされ、イベントは「Snowmass検出器」パラメータを用いたDELPHESの高速シミュレーションを通された。
• 背景は、二ボソン、t¯t+W/Z、t¯tイベントからモデル化され、偽レプトンおよび電荷誤識別効果はt¯tサンプルを用いて推定された。
• 積み重ねは、信号および背景サンプルに0、50、または140個の最小断面積イベントを重ね合わせることでシミュレートされた。
• イベント選択には、正確に1つの同じ符号のレプトンペア、少なくとも2つのジェット（うち1つはbタグ）が必須であり、H_T、E_T^miss、およびbタグジェット数の最適化により有意水準Sを最大化した。
• 系arness誤差は、背景収量の割合（0%、20%、40%）としてパrameter化され、ロバストネスの評価に用いられた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 14 TeVおよび33 TeVのpp衝突機において、300 fb⁻¹および3000 fb⁻¹の光度条件下でのベクトル型Bクォークの発見可能性は何か？
• RQ2 交差あたりの積み重ねを50から140に増加させると、Bクォーク対生成への感受性にどのような影響を与えるか？
• RQ3 B → Wt、Zb、Hbの崩壊分岐比の組み合わせの中で、同じ符号の二重レプトン最終状態における感受性を最大化するのはどれか？
• RQ4 14 TeV、300 fb⁻¹の衝突機は、現実的な系arness誤差を想定した場合、1.5 TeVのBクォークを除外または発見できるか？
• RQ5 33 TeVの衝突機シナリオは、14 TeVに比べて、特に重いBクォークに対して感受性をどのように向上させるか？

主な発見

• 14 TeV、300 fb⁻¹、50積み重ねの条件下では、BR(B→Wt)=0.5、BR(B→Zb)=BR(B→Hb)=0.25の分岐比に対して、1.0 TeVのBクォークは発見可能性（S > 5）を示す。
• 1.5 TeVのBクォークに対しては、14 TeV、300 fb⁻¹のシナリオでは感受性が限定的であるが、3000 fb⁻¹および140積み重ねの条件下では、広範な分岐比の範囲で除外可能性（S > 2）が達成される。
• 33 TeVの衝突機、300 fb⁻¹、50積み重ねの条件下では、すべての検討された分岐比に対して1.5 TeVのBクォークが発見レベルの有意水準（S > 5）を達成する。
• 20%の系arness誤差を想定した場合、33 TeVの衝突機は95%信頼水準で1.5 TeVまでのBクォークを除外可能（S > 2）、3σの有意水準で発見可能である。
• ベンチマーク分岐比（BR(B→Wt)=0.5、BR(B→Zb)=BR(B→Hb)=0.25）に対して、33 TeVの衝突機は2σ有意水準でBクォーク質量の上限を1.5 TeVを超えるものとして設定し、強力な発見可能性を示している。
• 14 TeV、3000 fb⁻¹のシナリオではBクォーク質量の2σ上限が1.33 TeVに達するが、33 TeVのシナリオでは2σで1.5 TeVを超えるため、優れた探査範囲を示している。