[논문 리뷰] Search for charged massive stable particles with the D0 detector

V. M. Abazov|arXiv (Cornell University)|2008. 09. 25.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 페르미랩 테바트론의 D0 검출기에서 확보한 1.1 fb⁻¹의 데이터를 이용해 전하를 띤 다량의 안정 입자를 탐색하며, 비행 시간 측정을 통해 장수명 상태의 스토우, 가우지노 유사 체어티온, 힉스이노 유사 체어티온을 식별한다. 신호는 관측되지 않았으며, 스토우 질량이 60 GeV에서 300 GeV 사이일 경우 생산 단면적에 대한 95% 신뢰수준 상한선은 0.31 pb에서 0.04 pb 사이로 제시된다. 또한 가우지노의 경우 206 GeV, 힉스이노의 경우 171 GeV의 질량 하한선이 설정된다.

ABSTRACT

We search for charged massive long-lived particles using 1.1 fb$^{-1}$ of data collected by the D0 detector at the Fermilab Tevatron $p\bar{p}$ Collider. Time-of-flight information is used to search for pair produced long-lived tau sleptons, gaugino-like charginos, and higgsino-like charginos. We find no evidence of a signal and set 95% C.L. cross section upper limits for staus, which vary from 0.31pb to 0.04pb for stau masses between 60 GeV and 300 GeV. We also set lower mass limits of 206 GeV (171 GeV) for pair produced charged gauginos (higgsinos).

연구 동기 및 목표

• 페르미랩 테바트론에서의 양성자-반양성자 충돌에서 전하를 띤 다량의 장수명 입자를 탐색하기 위해.
• 비행 시간 측정을 활용하여 스토우, 가우지노 유사 체어티온, 힉스이노 유사 체어티온과 같은 장수명 입자를 식별하기 위해.
• 이러한 입자의 생산 단면적에 대해 95% 신뢰수준에서 상한선을 설정하기 위해.
• 관측된 신호가 없음을 바탕으로 쌍으로 생성된 전하를 띤 가우지노 및 힉스이노에 대한 질량 하한선을 설정하기 위해.
• 장수명 전하 입자를 포함하는 초대칭 모델에 대한 제약 조건을 확장하기 위해.

제안 방법

• 페르미랩 테바트론의 p̄p 충돌기에서 D0 검출기가 확보한 1.1 fb⁻¹의 데이터를 활용하기 위해.
• 장수명 전하 입자를 프롬프트 배경과 구별하기 위해 비행 시간 정보를 적용하기 위해.
• 스토우, 가우지노 유사 체어티온, 힉스이노 유사 체어티온의 쌍 생성과 일치하는 사건을 분석하기 위해.
• 장수명 입자 후보를 고립하기 위해 운동량 및 시간 기준 조건을 구현하기 위해.
• 생산 단면적에 대한 상한선을 설정하기 위해 95% 신뢰수준(C.L.) 통계적 평가를 수행하기 위해.
• 관측된 데이터와 일치하는 신호 영역을 배제함으로써 질량 하한선을 유도하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 60–300 GeV 질량 범위 내에서 전하를 띤 다량의 장수명 스토우의 생산 단면적에 대한 상한선은 무엇인가요?
• RQ2 신호가 관측되지 않았음을 바탕으로 쌍으로 생성된 전하를 띤 가우지노 및 힉스이노에 대해 어떤 질량 하한선을 설정할 수 있나요?
• RQ3 D0 검출기에서 비행 시간 측정이 장수명 전하 입자를 식별하는 데 얼마나 효과적인가요?
• RQ4 이 결과는 장수명 전하 입자를 포함하는 초대칭 모델에 어떤 제약 조건을 둔다고 볼 수 있나요?
• RQ5 관측된 한계선은 스토우 및 체어티온 생산에 대한 이론적 예측와 어떻게 비교되나요?

주요 결과

• D0 데이터 샘플에서 전하를 띤 다량의 장수명 입자에 대한 증거는 발견되지 않았다.
• 스토우 생산 단면적에 대한 95% 신뢰수준 상한선은 스토우 질량이 60 GeV에서 300 GeV 사이일 경우 0.31 pb에서 0.04 pb 사이로 제시된다.
• 쌍으로 생성된 전하를 띤 가우지노에 대해 질량 하한선 206 GeV가 설정되었다.
• 쌍으로 생성된 전하를 띤 힉스이노에 대해 질량 하한선 171 GeV가 설정되었다.
• 결과는 장수명 전하를 띤 스토우 및 체어티온을 포함하는 모델에 제약 조건을 둔다. 특히 초대칭의 맥락에서 그러한 제약이 강화된다.
• 비행 시간 정보의 활용은 프롬프트 배경를 효과적으로 억제하여 장수명 입자에 대한 감도를 향상시켰다.