[논문 리뷰] Dirac Gauginos in Supersymmetry -- Suppressed Jets + MET Signals: A Snowmass Whitepaper

Graham D. Kribs, A. Martin|arXiv (Cornell University)|2013. 08. 15.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 46인용 수 21

한 줄 요약

이 논문은 무거운 디라크 글루아이노를 가진 초대칭을 조사하며, 편극성 뒤집기 메이저라 질량 삽입항이 없는 탓에 첫 번째 및 두 번째 세대 스퀴어크 쌍 생성이 MSSM에 비해 두 개의 주자 정도 감소함을 보여준다. 14 TeV에서, 연관된 스퀴어크-글루아이노 생성은 탐지하기에 너무 희박하지만, 33 TeV에서는 단면적이 약 12 fb에 이를 정도로 증가하여 향후 고에너지 충돌기에서 이러한 신호를 관측할 수 있을 것으로 기대된다.

ABSTRACT

We consider the modifications to squark production in the presence of a naturally heavier Dirac gluino. First generation squark production is highly suppressed, providing an interesting but challenging signal find or rule out. No dedicated searches for supersymmetry with a Dirac gluino have been performed, however a reinterpretation of a "decoupled gluino" simplified model suggests the bounds on a common first and second generation squark mass is much smaller than in the MSSM: $\lsim 850$ GeV for a massless LSP, and no bound for an LSP heavier than about 300 GeV. We compare and contrast the squark production cross sections between a model with a Dirac gluino and one with a Majorana gluino, updating earlier results in the literature to a $pp$ collider operating at $\sqrt{s} = 14$ and 33 TeV. Associated production of squark+gluino is likely very small at $\sqrt{s} = 14$ TeV, while is a challenging but important signal at even higher energy $pp$ colliders. Several other salient implications of Dirac gauginos are mentioned, with some thought-provoking discussion as it regards the importance of the various experiments planned or proposed.

연구 동기 및 목표

• 디라크 글루아이노를 가진 초대칭의 현상학을 분석하며, 특히 억제된 스퀴어크 생성 채널에 초점을 맞춘다.
• 무거운 디라크 글루아이노의 맥락에서 기존 LHC 탐색의 타당성을 평가한다.
• 33 TeV LHC와 같은 고에너지 pp 충돌기에서 디라크 게이지노의 향후 발견 가능성을 평가한다.
• 디라크 글루아이노 모델에 대한 현재 탐색 전략의 주요 실험적 서명 및 격차를 규명한다.
• 디라크 게이지노가 플레이버 물리학, 힉스 질량 생성 및 강도 전면 실험에 끼치는 영향을 탐색한다.

제안 방법

• ATLAS 및 CMS의 기존 '분리된 글루아이노' 단순 모델 탐색 결과를 재해석하여 디라크 글루아이노 시나리오를 제약한다.
• 14 TeV 및 33 TeV에서의 $pp$ 충돌기에서 디라크 및 메이저라 글루아이노 모델 간의 스퀴어크 생성 단면적을 비교한다.
• 디라크 글루아이노의 경우, 첫 번째 및 두 번째 세대 스퀴어크의 주요 생성 메커니즘으로 $s$-채널 글루온 교환을 적용한다.
• 주로 1차 순서 계산을 사용하여 $M_{\tilde{q}} = 1$ TeV 및 $M_{\tilde{g}} = 5$ TeV 조건에서 $\sigma(\tilde{q} + \tilde{g})$를 추정한다.
• R-대칭과 스퀴어크 혼합이 붕괴 패턴과 플레이버 위반 신호에 미치는 영향을 고려한다.
• $R$-대칭 모델에서의 간접적 탐색을 위해 강도 전면 실험, 즉 $\mu \to e\gamma$ 및 $\mu$-변환을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 디라크 글루아이노 존재 시, 메이저라 경우에 비해 스퀴어크 쌍 생성이 어떻게 억제되는가?
• RQ2 고에너지 $pp$ 충돌에서 무거운 디라크 글루아이노의 탐지 가능한 서명은 무엇인가?
• RQ3 기존 LHC의 제트 + MET 탐색은 디라크 글루아이노를 포함한 모델을 어느 정도 제약할 수 있는가?
• RQ4 R-대칭과 스퀴어크 혼합은 디라크 게이지노 모델의 현상학에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 강도 전면 실험은 디라크 게이지노 시나리오를 탐색하는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 첫 번째 및 두 번째 세대 스퀴어크 쌍 생성은 디라크 글루아이노 모델에서 MSSM에 비해 약 두 개의 주자 정도 감소한다.
• $\sqrt{s} = 14$ TeV에서, 연관된 $\tilde{q} + \tilde{g}$ 생성 단면적은 약 $\sim 0.015$ fb에 불과하여 어떤 현실적인 루미노시티 조건에서도 탐지하기에는 너무 작다.
• $\sqrt{s} = 33$ TeV에서, $\tilde{q} + \partial{g}$ 생성 단면적은 $\sim 12$ fb로 증가하여 향후 고에너지 충돌기에서 탐지 가능한 신호로 간주될 수 있다.
• 무거운 LSP의 경우, 기존 ATLAS 및 CMS 탐색은 각각 약 $\lesssim 850$ GeV 및 $\lesssim 780$ GeV 이하의 일반적인 첫 번째 및 두 번째 세대 스퀴어크 질량을 배제한다.
• LSP 질량이 $\sim 300$ GeV를 초과할 경우, 분리된 글루아이노 단순 모델에서 스퀴어크 질량에 대한 제약이 존재하지 않으며, 이는 무거운 디라크 글루아이노를 탐색하는 데의 과제를 드러낸다.
• Mu2e 및 MEG와 같은 강도 전면 실험은 현재의 제약보다 최대 6개의 주자 정도 더 높은 민감도로 $R$-대칭 모델에서의 렙톤 플레이버 위반을 탐색할 것으로 기대된다.