[논문 리뷰] Right sneutrinos in a supergravity model and the signals of a stable stop at the Large Hadron Collider

Debajyoti Choudhury, Sudhir Kumar Gupta외 1명|arXiv (Cornell University)|2008. 04. 22.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 우도상수 질량이 비일관된 초대칭 모형에서 오른쪽 편미분 스넬루이노가 가장 가벼운 초대칭 입자(LSP)가 되는 초대칭 시나리오를 제안한다. 이 경우 경량 스토퍼가 장수하는 다음으로 가벼운 초대칭 입자(NLSP)로 안정화된다. 적절한 운동학적 절단 조건을 적용하면 스토퍼 쌍 생성은 LHC 데이터 몇 개월 내에 관측 가능한 신호를 낳지만, 글루아인산 쌍 생성은 약 300 fb⁻¹가 필요하다. 안정된 NLSP 궤적을 통해 글루아인산 질량을 재구성할 수 있다.

ABSTRACT

We investigate charged tracks signals of a supersymmetric scenario, where the lighter stop is the next-to-lightest supersymmetric particle (NLSP). It is found that such an NLSP is stable on the scale of the detector at the LHC if one has a right-chiral sneutrino as the lightest supersymmetric particle (LSP). After identifying some benchmark points in the parameter space of a supergravity scenario with non-universal scalar masses, we study a few specific classes of signals, namely, stop pair production and gluino pair production followed by each decaying into a stop and a top. It is shown that proper kinematic cuts remove the backgrounds in each case, and, while a few months' worth of data is sufficient to have copious events in the first case, one may require 300 $fb^{-1}$ for the other. One can also aspire to reconstruct the gluino mass, using the `visible' stable NLSP tracks.

연구 동기 및 목표

• 비일관된 스칼라 질량을 가진 초대칭 모형에서 오른쪽 편미분 스넬루이노가 가장 가벼운 초대칭 입자(LSP)가 되는 초대칭 시나리오를 탐색한다.
• LSP의 안정성으로 인해 장수하는 스토퍼 쿼크가 다음으로 가벼운 초대칭 입자(NLSP)가 되는 현상의 현상학적 특성을 조사한다.
• 스토퍼 쌍 생성 및 글루아인산 쌍 생성 후 붕괴 과정에서 발생하는 LHC에서의 관측 가능한 신호를 규명한다: 스토퍼 → 탑 + LSP, 글루아인산 → 스토퍼 + 탑.
• 신호 탐지에 필요한 통합 광량을 결정하고, 안정된 NLSP 궤적을 통해 글루아인산 질량 재구성의 가능성을 평가한다.

제안 방법

• 비일관된 소프트 질량을 가진 초대칭 모형을 사용하여 오른쪽 편미분 스넬루이노가 LSP가 되는 매개변수 공간 내의 벤치마크 점을 식별한다.
• 스토퍼 쌍 생성 및 글루아인산 쌍 생성 과정을 분석하고, 계단 붕괴 과정을 고려한다: 글루아인산 → 스토퍼 + 탑, 스토퍼 → 탑 + LSP.
• 두 신호 생성 모드에서 표준모형 배경을 억제하기 위해 운동학적 절단 조건을 적용한다.
• 몬테카를로 시뮬레이션을 사용하여 신호의 유의성과 사건 수율을 평가하고, 탐지에 필요한 통합 광량을 추정한다.
• 안정된 NLSP(스토퍼)의 가시 궤적을 활용하여 운동학적 제약 조건과 운동량-에너지 균형을 통해 글루아인산 질량을 재구성한다.
• 실제 검출기 조건과 데이터 수집 시나리오 하에서 LHC의 이러한 신호에 대한 민감도를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비일관된 스칼라 질량을 가진 초대칭 모형에서 오른쪽 편미분 스넬루이노가 LSP가 되면 경량 스토퍼 쿼크가 장수하는 NLSP로 안정화되는가?
• RQ2 LHC 환경에서 장수하는 스토퍼 쿼크의 주요 생성 채널은 무엇이며, 표준모형 배경과 어떻게 구별할 수 있는가?
• RQ3 충분한 유의성로 스토퍼 쌍 생성 및 글루아인산 쌍 생성을 관측하기 위해 필요한 통합 광량은 얼마인가?
• RQ4 가시 궤적을 가진 안정된 스토퍼 NLSP의 운동학적 특성을 통해 글루아인산 질량을 재구성할 수 있는가?
• RQ5 장수하는 스토퍼 신호가 존재할 때 운동학적 절단 조건이 배경 사건을 얼마나 효과적으로 억제하는가?

주요 결과

• 오른쪽 편미분 스넬루이노가 LSP로 기능함으로써 경량 스토퍼 쿼크가 검출기 시간 스케일에서 안정되어 관측 가능한 전하 궤적 신호를 낳는다.
• 스토퍼 쌍 생성은 LHC 데이터 수집 몇 개월 내에 다수의 사건을 낳아 관측 가능한 신호 채널로 유망하다.
• 글루아인산 쌍 생성 후 스토퍼와 탑으로 붕괴하는 경우, 유의미한 신호 탐지에 약 300 fb⁻¹의 통합 광량이 필요하다.
• 운동학적 절단 조건은 스토퍼 쌍 생성 및 글루아인산 쌍 생성 시나리오 양쪽에서 표준모형 배경을 효과적으로 억제한다.
• 안정된 스토퍼 NLSP의 가시 궤적을 통해 운동학적 분석을 통해 글루아인산 질량을 재구성할 수 있다.
• 이 모형은 LHC에서 관측 가능한 이격 궤적을 가진 장수 스토퍼를 탐지할 수 있는 타당한 프레임워크를 제공한다.