[논문 리뷰] Sensitivity to Gauge-Mediated Supersymmetry Breaking Models of the Fermilab Upgraded Tevatron Collider

J. Qian|ArXiv.org|1999. 03. 31.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 페르미랩의 테바트론 충돌기에서 업그레이드된 D0 실험의 게이지 매개 초대칭 붕괴(GMSB) 모델에 대한 민감도를 평가한다. 레프톤 또는 광자와 빠진 횡방향 운동량을 포함한 6개의 고가시성 운동량 최종 상태를 분석하며, 통합 루미너시티 2–30 fb⁻¹ 범위에서 테바트론이 광범위한 GMSB 모델을 탐색할 수 있음을 보여준다. 특히 경량의 중력보와 접근 가능한 가우지노 질량을 가진 모델에 대해 뛰어난 탐색 능력을 갖춘다.

ABSTRACT

This paper discusses supersymmetry discovery potential of the upgraded DØexperiment at the Tevatron $p\bar{p}$ collider. Six final states with large transverse energy (momentum) leptons or photons (with or without large transverse momentum imbalances) are studied. These final states are expected to have small backgrounds and are thereby ideal for new physics searches. Implications of the analyses of these final states on Gauge Mediated Supersymmetry Breaking models are discussed for integrated luminosities of 2 and 30 1/fb. This study demonstrates that a large class of supersymmetry models can be probed at the upgraded Tevatron.

연구 동기 및 목표

• 업그레이드된 페르미랩 테바트론에서의 게이지 매개 초대칭 붕괴(GMSB) 모델 탐지 가능성을 평가한다.
• 표준모형 배경을 최소화하는 고횡방향 운동량 레프톤 또는 광자와 큰 빠진 횡방향 운동량을 포함한 최종 상태를 규명한다.
• 다양한 통합 루미너시티에서 GMSB 매개변수 공간을 탐색하는 테바트론의 탐색 범위를 정량화한다.
• 장수 중성니노가 중력보와 광자로 붕괴하는 경우와 같은 핵심 GMSB 서명에 대한 D0 검출기 민감도를 평가한다.
• 미래의 테바트론 데이터를 GMSB 모델의 맥락에서 해석하기 위한 현상학적 프레임워크를 제공한다.

제안 방법

• 신호 대 배경 비율을 극대화하기 위해 레프톤, 광자, 빠진 횡방향 운동량(E_T miss)을 포함한 6개의 고-pT 최종 상태를 선정한다.
• 캐스케이드 붕괴를 포함한 중성니노와 중력보를 포함한 GMSB 모델의 신호 이벤트를 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 모델링한다.
• 데이터 기반 및 이론적 방법을 사용하여 각 최종 상태에 대한 표준모형 배경을 추정한다.
• Drell-Yan, W+jets, QCD 다중제트 과정과 같은 주요 배경을 억제하기 위해 운동학적 컷을 적용한다.
• 빠진 횡방향 운동량, 레프톤/파이온 횡방향 운동량, 각도 상관관계를 기반으로 민감도를 향상시키기 위해 신호 영역을 정의한다.
• 2 및 30 fb⁻¹의 통합 루미너시티에 대해 GMSB 매개변수 공간(m_{3/2}, m_{χ̃0_1})에서의 발견 탐색 범위를 예측한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 업그레이드된 테바트론에서 어떤 최종 상태가 게이지 매개 초대칭 붕괴 모델에 대해 가장 높은 민감도를 보이는가?
• RQ2 다른 수준의 통합 루미너시티(2 fb⁻¹ 및 30 fb⁻¹)가 GMSB 모델의 발견 탐색 범위에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 핵심 최종 상태에서 주요 표준모형 배경은 무엇이며, 효과적으로 억제될 수 있는가?
• RQ4 테바트론 데이터로부터 중력보 질량과 중성니노 질량과 같은 GMSB 매개변수에 대한 제약 조건은 무엇인가?
• RQ5 장수 중성니노가 광자와 중력보로 붕괴하는 GMSB 모델을 테바트론이 탐색할 수 있는가?

주요 결과

• 고-pT 레프톤 또는 광자와 큰 E_T miss를 특징으로 하는 6개의 최종 상태는 표준모형 배경이 낮아 새로운 물리 탐색에 이상적인 조건을 제공한다.
• 30 fb⁻¹의 통합 루미너시티로는 중력보 질량이 약 100 GeV 이하, 중성니노 질량이 약 500 GeV 이하인 GMSB 모델을 탐색할 수 있다.
• 2 fb⁻¹의 루미너시티로는 제한된 범위이지만, 특히 경량 중성니노를 가진 모델에 대해 여전히 중요한 부분의 GMSB 매개변수 공간을 탐색할 수 있다.
• 분석 결과, 광자와 빠진 에너지를 포함한 최종 상태는 장수 중성니노가 광자와 중력보로 붕괴하는 모델을 탐색하는 데 특히 효과적임을 보여준다.
• 이 연구는 업그레이드된 D0 실험의 광범위한 GMSB 모델, 특히 압축 스펙트럼을 가진 모델에 대해 상당한 민감도를 갖춘다는 것을 입증한다.
• 특히 저에너지 초대칭 붕괴 영역에서 많은 GMSB 시나리오에 대해 이전의 충돌기 실험보다 더 넓은 발견 탐색 범위를 예측한다.