[논문 리뷰] Neutralino polarization effect in the squark cascade decay at LHC

T. Goto|ArXiv.org|2004. 11. 28.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 3인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 스쿼크 캐스케이드 붕괴에서 중성미온의 편광 효과를 조사하며, sfermion-fermion-neutralino 결합의 치랄 구조로 인해 쿼크-레프톤의 진동 질량 분포에서 전하 비대칭이 발생함을 보여준다. mSUGRA 프레임워크에서 몬테카를로 시뮬레이션을 수행한 결과, 이 비대칭은 측정 가능하며 레프톤의 페르미온 종류에 따라 강하게 의존하며, 전자, 뮤온, 타우의 경우 각각 다른 서명을 보이며, 14 TeV의 래핑 에너지와 300 fb$^{-1}$ 루미노사티에서 $e$-$\mu$ 비일관성의 잠재적 탐지가 가능함을 시사한다.

ABSTRACT

We study the effect of the neutralino polarization in a squark cascade decay $ ilde{q} o q ildeχ^0_2 o q l^\pm ilde{l}^\mp o q l^\pm ilde{l}^\mp o q l^\pm l^\mp ildeχ^0_1$. Charge asymmetry in the lepton-jet invariant mass distribution appears depending on the chirality structure of the sfermion-fermion-neutralino coupling. With use of the Monte Carlo simulation, we show that the asymmetry is measurable in LHC. We also show that the distribution of the charge asymmetry is sensitive to the (s)lepton flavor.

연구 동기 및 목표

• LHC에서 스쿼크 캐스케이드 붕괴의 중성미온 편광을 통해 sfermion-fermion-neutralino 결합의 치랄 성격을 탐색하기 위해.
• LHC가 $\tilde{\chi}^0_2 \to l\tilde{l}$ 붕괴 분해비율과 전하 비대칭에서 레프톤의 페르미온 종류 의존성을 탐지할 수 있는지 조사하기 위해.
• 몬테카를로 시뮬레이션을 이용해 $m(ql^\pm)$ 분포에서의 $e$-$\mu$ 비일관성을 측정 가능성을 평가하기 위해.
• 스렙톤의 왼쪽-오른쪽 혼합과 양자역학 결합 상수의 영향을 분석하여 전하 비대칭에 미치는 영향을 평가하기 위해, 특히 $\tilde{\tau}$ 및 $\tilde{\mu}$ 모드에서의 영향을 중심으로 한다.

제안 방법

• 연구는 sfermion-fermion-neutralino 상호작용의 효과적 라그랑지안을 사용하며, 치랄 결합 계수 $L_{i\alpha}^f$ 및 $R_{i\alpha}^f$로 매개되며, 이는 결합의 치랄 구조를 포함한다.
• 캐스케이드 붕괴 $\tilde{q} \to q\tilde{\chi}^0_2 \to ql^\pm_1\tilde{l}^\mp \to ql^\pm_1l^\mp_2\tilde{\chi}^0_1$의 각도 분포를 유도하였으며, 편광에 의존하는 비대칭은 $A(l) = \frac{|L|^2 - |R|^2}{|L|^2 + |R|^2}$로 제어된다.
• ISAJET를 사용해 스펙트럼을 생성하고 HERWIG를 사용해 이벤트를 생성하며, ISAWIG를 통해 인터페이싱하고, ATLFAST를 사용해 검출기 효과를 모델링하였다.
• 전하 비대칭은 $[N(ql^+) - N(ql^-)] / [N(ql^+) + N(ql^-)]$로 정의되었으며, SPS1a 및 SPS3 mSUGRA 벤치마크 포인트에서 시뮬레이션된 이벤트로부터 재구성되었다.
• 반-스쿼크 기여를 고려하여 비대칭 측정에서 50–58%의 희석 계수를 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHC는 스쿼크 캐스케이드 붕괴에서 중성미온 편광으로 인해 발생하는 $m(ql^\pm)$ 분포의 전하 비대칭을 탐지할 수 있는가?
• RQ2 레프톤 종류($e$, $\mu$, $\tau$)가 $\tilde{\chi}^0_2 \to l\tilde{l}_1$ 붕괴에서의 전하 비대칭과 분해비율에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 스렙톤의 왼쪽-오른쪽 혼합이 양자역학 결합 상수와 $\tan\beta$에 의해 유도되며, 이로 인해 비대칭에서 $e$-$\mu$ 비일관성이 얼마나 발생하는가?
• RQ4 300 fb$^{-1}$ 루미노사티에서 $\int \mathcal{L} dt = 300$ fb$^{-1}$ 조건에서 $e$-$\mu$ 비일관성이 LHC에서 측정 가능한가?

주요 결과

• LHC에서 $m(ql^\pm)$ 분포의 전하 비대칭은 측정 가능하며, SPS1a 및 SPS3에서 낮은 $m(ql)$에서 명백한 음성 비대칭과 종점 근처에서 양성 비대칭을 보인다.
• SPS1a에서 $\tan\beta = 10$일 경우, 시뮬레이션된 전하 비대칭은 이론적 예측과 정성적으로 일치하며, 반-스쿼크 이벤트로 인해 50%의 희석 계수로 인해 영향을 받는다.
• SPS1a에서 $\tan\beta = 20$일 경우, $e$-$\mu$ 비대칭 차이는 최대 30%에 이르며, 스토우 부문에서 강화된 왼쪽-오른쪽 혼합으로 인해 뚜렷한 페르미온 종류 의존성이 나타난다.
• SPS3에서는 비대칭이 페르미온 종류에 따라 의존적이며, 주로 $\tilde{\chi}^0_2 \to \tilde{l}_2$ 붕괴에 의해 결정되며, 큰 $\tan\beta$에서 $\Gamma(\tilde{\chi}^0_2 \to \mu\tilde{\mu}_1) > \Gamma(\tilde{\chi}^0_2 \to e\tilde{e}_1)$가 가능하다.
• $\tilde{\chi}^0_2 \to \tau\tilde{\tau}_1$ 붕괴는 $e$ 및 $\mu$ 모드보다 훨씬 넓은 붕괴 폭을 가지며, 양자역학 결합으로 인해 $L_{21}^\tau$가 증가하여 비대칭의 부호가 $e$ 및 $\mu$와 반대가 된다.
• 연구는 $e$-$\mu$ 비일관성이 전하 비대칭에서 측정 가능하며, $e$ 및 $\mu$ 탐지 효율이 잘 이해되어 있다면 LHC에서 $300$ fb$^{-1}$ 루미노사티 조건에서 탐지 가능하다고 결론을 내린다.