[논문 리뷰] Physics at a 100 TeV pp collider: beyond the Standard Model phenomena

T. Golling, M. Hance외 112명|arXiv (Cornell University)|2016. 06. 03.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 39

한 줄 요약

이 논문은 100 테바볼트 프로톤-프로톤 충돌기가 표준모형을 초월한 물리학을 탐색할 잠재력을 조사한다. 주로 초고에너지에서의 새로운 입자 및 현상(예: 초대칭, 추가 차원, 복합 힉스 모델 등)의 서명에 초점을 맞추고 있다. 이는 그러한 충돌기가 새로운 물리학의 탐색 범위를 크게 확장할 수 있음을 보여주며, 무거운 공명 상태의 발견, 힉스 결합의 정밀 측정, LHC를 초월한 에너지 스케일에서의 새로운 상호작용에 대한 민감도를 가능하게 한다.

ABSTRACT

This report summarises the physics opportunities in the search and study of physics beyond the Standard Model at a 100 TeV pp collider.

연구 동기 및 목표

• 표준모형을 초월한 새로운 물리학을 탐지하기 위한 100 테바볼트 pp 충돌기의 발견 잠재력을 평가하기 위해.
• 무거운 공명 상태, 암흑물질 후보, 새로운 강한 동역학을 탐지하는 데 있어 핵심 서명과 실험적 과제를 규명하기 위해.
• 힉스 보손 결합의 정밀 측정과 전자약력 대칭 붕괴에 대한 충돌기의 민감도를 평가하기 위해.
• 초고에너지 충돌기가 자연성, 플레이버 물리학, 양자중력 효과를 탐색하는 데 수행하는 역할을 탐색하기 위해.
• 고에너지 최전선 물리학 분야에서 이론적 및 실험적 연구 방향에 대한 도표를 제공하기 위해.

제안 방법

• 신호 및 배경 과정를 모델링하기 위해 몬테카를로 이벤트 생성기를 사용한 √s = 100 테바볼트에서의 프로톤-프로톤 충돌 시뮬레이션.
• 탑 파트너 및 컬러 옥텟 상태와 같은 매우 강하게 가속된 공명 상태를 식별하기 위해 고급 제트 서브구조 기법의 적용.
• 100 테바볼트 이하의 에너지 스케일에서의 새로운 물리학 스케일에 대한 제약 조건을 해석하기 위해 유효장이론 프레임워크의 사용.
• 고운동량 최종 상태(예: 누락 에너지 및 레프톤 서명 포함)의 검출기 성능 및 재구성 효율성 평가.
• 간단 모델과 우주론적 완전 이론을 포함한 다양한 BSM 모델 간의 발견 범위 비교.
• 정밀한 힉스 및 벡터 보손 결합에 대한 양자 보정과 고리 효과를 통합하여 새로운 물리학에 대한 민감도 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 100 테바볼트 pp 충돌기는 탑, 힉스, 벡터 보손 부문에서 새로운 공명 상태를 탐지하는 데 어떤 범위를 갖는가?
• RQ2 고중심질량 에너지가 강하게 상호작용하는 새로운 물리학 및 복합 힉스 시나리오에 대한 민감도를 어떻게 향상시키는가?
• RQ3 100 테바볼트 충돌기는 LHC의 탐색 범위를 초월해 자연성과 중성미소 플레이버 변화를 어떻게 탐색할 수 있는가?
• RQ4 암흑물질과 약하게 상호작용하는 거대 질량 입자를 탐지하기 위한 최적의 서명과 분석 전략는 무엇인가?
• RQ5 고에너지에서 표준모형 예측과의 편차를 탐지하기 위해 힉스 부문은 얼마나 정밀하게 조사될 수 있는가?

주요 결과

• 100 테바볼트 pp 충돌기는 많은 단순 모델에서 약 ~10–15 테바볼트의 새로운 물리학 스케일을 탐색할 수 있으며, LHC의 탐색 범위를 크게 초월한다.
• 충돌기는 분해비율과 붕괴 모드에 따라 5 테바볼트 이상의 질량을 가진 탑 파트너와 색이 있는 힉스 파트너를 발견할 수 있다.
• 고에너지 충돌은 벡터 보손과 페르미온으로의 힉스 보손 결합에 대해 백분율 수준 이하의 정밀도로 정밀 측정을 가능하게 한다.
• 충돌기는 기술카르티지 및 복합 힉스 모델과 같은 강하게 상호작용하는 새로운 물리학을 공명 다보존 및 다제트 최종 상태를 통해 탐지할 수 있는 민감도를 제공한다.
• 고정밀도의 힉스 자기결합 측정을 통해 전자약력 상전이와 기초물리학 메커니즘을 탐색할 수 있는 고유한 기회를 제공한다.
• 고광도와 고중심질량 에너지의 조합은 긴 수명의 입자와 큰 운동량 및 이격된 피크를 가진 이국적인 서명을 발견할 수 있도록 한다.