[논문 리뷰] The Ultra-High Jet Multiplicity Signal of Stringy No-Scale F-SU(5) at the \sqrt{s} = 7 TeV LHC

James A. Maxin, Tianjun Li외 2명|arXiv (Cornell University)|2011. 03. 21.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 빛나는 스토퍼와 글루아노를 가진 고유한 질량 계층을 가진 No-Scale $φ$-SU(5) 초대칭 모델을 위한 독특한 콜라이더 서명을 제안한다. 이는 초고속 빔 다중성 신호를 예측하며, $√s = 7$ TeV LHC에서 $1~{\rm fb}^{-1}$의 루미노사티를 사용해 수정된 절단 조건($p_{\rm T} > 20$ GeV, $\geq 9$ 개의 제트)을 적용함으로써 표준모형 배경과 다른 모델들, 예를 들어 최소 초대칭 중력 모델과의 명확한 구별이 가능하다.

ABSTRACT

We present the distinctive collider signatures of No-Scale F-SU(5), a highly efficient and phenomenologically favored model built on the tripodal foundations of the F-lipped SU(5) X U(1)_X Grand Unified Theory, extra F-theory derived TeV scale vector-like particle multiplets, and the dynamic high scale boundary conditions of No-Scale Supergravity. The identifying features of the supersymmetric spectrum are a light stop and gluino, with both sparticles much lighter than all the additional squarks. This unique mass hierarchy leads to the enhanced production of events with an ultra-high multiplicity of hadronic jets which should be clearly visible to the \sqrt{s} = 7 TeV LHC at only 1 inverse fb of integrated luminosity. We suggest a modest alternative event cutting procedure based around a reduced minimal transverse momentum per jet (p_T > 20 GeV), and an increased minimal multiplicity (>= 9) of distinct jets per subscribed event. These criteria optimize the F-SU(5) signal to background ratio, while readily suppressing the contribution of all Standard Model processes, allowing moreover a clear differentiation from competing models of new physics, most notably minimal supergravity. The characteristic No-Scale signature is quite stable across the viable parameter space, modulo an overall rescaling of the mass spectrum; Detection by the LHC of the ultra-high jet signal would constitute a suggestive evocation of the intimately linked stringy origins of F-SU(5), and could possibly provide a glimpse into the underlying structure of the fundamental string moduli.

연구 동기 및 목표

• 초기 LHC에서 검증 가능한 현상학적으로 타당하고 스트링 이론에 기반한 초대칭 모델을 식별하는 것.
• 초기 LHC 데이터에서 매우 압축되거나 이국적인 초대칭 신호를 표준모형 배경과 구별하는 데 도전하는 문제를 다루는 것.
• 특정 초대칭 모델군에 대해 신호 대 배경 비율을 향상시키는 데 기여하는 수정된 이벤트 선택 전략을 제안하는 것.
• No-Scale $φ$-SU(5) 모델이 타당한 매개변수 공간 전반에서 안정적이고 특징적인 초고속 제트 다중성 서명을 생성함을 보여주는 것.

제안 방법

• 모델은 F-이론 유도된 $SU(5)\times U(1)_X$ 대Unified 이론에 기반하며, 벡터-유사 다중층과 No-Scale 초대칭 중력 경계 조건을 포함한다.
• 초대칭 스펙트럼은 빛나는 스토퍼와 글루아노를 특징으로 하며, 나머지 모든 스퀘어크와스터는 상당히 무겁다. 이는 고유한 질량 계층을 형성한다.
• 이론적 예측은 재규격화 군 방정식(RGEs)과 슈퍼 No-Scale 메커니즘을 사용하여 $M_{1/2}$와 $\tan\beta$를 동적으로 결정한다.
• 수정된 이벤트 선택 기준이 제안된다: 각 제트의 $p_{\rm T} > 20$ GeV 이하이며, 이벤트당 최소 9개의 별개 제트가 있어야 한다. 이는 표준모형 배경을 억제한다.
• 최소 전단 운동량을 줄이고 최소 제트 다중성을 증가시킴으로써, 신호 대 배경 비율을 최적화한다.
• No-Scale 경계 조건 하에서 RGE 주행과 진공 최소화를 통해 매개변수 공간 전반에서 모델의 안정성을 확인한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스트링 이론에 기반한 초대칭 모델이 고유한 질량 계층을 가진다면, 7 TeV LHC에서 감지 가능한 초고속 제트 다중성 신호를 생성할 수 있는가?
• RQ2 No-Scale $\phi$-SU(5)와 같은 이국적인 초대칭 서명에 대해 이벤트 선택 절단 조건을 어떻게 수정하여, 신호 대 배경 비율을 향상시킬 수 있는가?
• RQ3 No-Scale $\phi$-SU(5) 모델이 전체 타당한 매개변수 공간에서 그 특징적인 콜라이더 서명을 유지하는가?
• RQ4 슈퍼 No-Scale 메커니즘이 상향식 스트링 이론과 하향식 현상학 모두와 일치하는 방식으로 $M_{1/2}$와 $\tan\beta$를 동적으로 결정할 수 있는가?
• RQ5 특히 제트 다중성 측면에서, No-Scale $\phi$-SU(5) 모델은 최소 초대칭 중력 모델과 어떻게 다를까?

주요 결과

• No-Scale $φ$-SU(5) 모델은 $\geq 9$ 개의 제트를 포함한 초고속 제트 다중성 서명을 예측하며, $\sqrt{s} = 7$ TeV LHC에서 $1~{\rm fb}^{-1}$의 루미노사티로도 감지 가능하다.
• 이 신호는 고유한 질량 계층에서 기인한다: 빛나는 스토퍼와 글루아노, 나머지 모든 스퀘어크와스터는 상당히 더 무겁다. 이는 많은 제트를 생성하는 연쇄 붕괴를 이끈다.
• 수정된 이벤트 선택 절단 조건($p_{\rm T} > 20$ GeV, $\geq 9$ 개의 제트)은 표준모형 배경을 크게 억제하면서도 신호를 유지한다.
• 특징적인 신호는 타당한 매개변수 공간 전반에서 안정적이며, 질량 스펙트럼의 전체적인 스케일링 외에는 변화가 없다.
• 이 모델의 서명은 초고속 제트 다중성 덕분에 최소 초대칭 중력 모델과 다른 새로운 물리 모델들과 명확히 구별된다.
• 이러한 신호의 감지 결과는 모델의 스트링 기반 기원에 대한 간접적 증거와 기본 스트링 이론의 모듈리 안정화에 대한 통찰을 제공할 수 있다.