[논문 리뷰] Using lepton charge asymmetry to investigate the spin of supersymmetric particles at the LHC

A. J. Barr|arXiv (Cornell University)|2004. 05. 06.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 32

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 초대칭 입자의 스핀을 결정하기 위해 인variant 질량 분포에서 렙톤 전하 비대칭성을 사용하는 것을 제안한다. 스퍼티클 붕괴에서의 각도 분포를 분석함으로써, 쿼크-항-쿼크 생산 차이에 비례하는 측정 가능한 비대칭성이 드러나며, 몽테카를로 시뮬레이션 결과 이 비대칭성이 스핀-0 렙톤과 스핀-1/2 중성미온에 의해 일어나는 것과 일치하지만, 두 개의 스핀-0 입자에서 기대되는 순수한 단계공간 붕괴와는 불일치한다.

ABSTRACT

If signals suggesting supersymmetry (SUSY) are discovered at the LHC then it will be vital to measure the spin of the new particles to demonstrate that they are indeed the predicted super-partners. A method is discussed by which the spins of some of the SUSY particles can be investigated. Angular distributions in sparticle decays lead to charge asymmetry in lepton-jet invariant mass distributions. The size of the asymmetry is proportional to the primary production asymmetry between squarks and anti-squarks. Monte Carlo simulations are performed for a particular mSUGRA model point at the LHC, demonstrating that the shape of the resultant asymmetry distributions are consistent with a spin-0 slepton and a spin-half neutralino-two, but are not consistent with the pure phase-space decays one would obtain from both sparticles being scalars.

연구 동기 및 목표

• LHC에서 발견된 초대칭 입자의 스핀을 결정하는 방법을 개발하는 것.
• SUSY 신호가 관측되었을 때 스핀-0와 스핀-1/2 스퍼티클을 구별하는 데 도전하는 문제를 다루는 것.
• 붕괴 체인에서의 각도 분포를 이용하여 렙톤-제트 인variant 질량에서의 전하 비대칭성을 통해 스핀 정보를 추출하는 것.
• 특정 mSUGRA 모델 포인트를 통해 몽테카를로 시뮬레이션을 이용해 방법을 검증하는 것.

제안 방법

• 이 방법은 초대칭 입자의 붕괴 체인에서의 각도 분포에 기반하며, 특히 렙톤-제트 쌍의 인variant 질량에 초점을 맞춘다.
• 레프톤-제트 인variant 질량 분포에서의 전하 비대칭성은 붕괴 과정에서의 스핀에 의존하는 각도 상관관계로 인해 발생한다.
• 비대칭성은 초기 상태에서 스쿼크와 항-스쿼크 간의 주요 생산 비대칭성에 비례한다.
• 특정 mSUGRA 모델 포인트에 대해 몽테카를로 시뮬레이션을 수행하여 다양한 스핀 가정 하에 예상되는 분포를 모델링한다.
• 시뮬레이션된 비대칭성 형태를, 두 스퍼티클이 모두 스핀-0일 경우 기대되는 순수 단계공간 붕괴 형태와 비교한다.
• 분석은 스핀-0 렙톤과 스핀-1/2 중성미온 두 개의 경우와 두 개의 스핀-0 입자일 경우를 구별하는 데 중점을 둔다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHC에서 인variant 질량 분포에서의 렙톤 전하 비대칭성은 초대칭 입자의 스핀을 추론하는 데 사용될 수 있는가?
• RQ2 스핀-0 렙톤과 스핀-1/2 중성미온 두 개의 경우와 두 개의 스핀-0 입자일 경우의 전하 비대칭성 분포 형태는 어떻게 다른가?
• RQ3 관측된 비대칭성은 스쿼크와 항-스쿼크 간의 주요 생산 비대칭성에 얼마나 민감한가?
• RQ4 특정 mSUGRA 모델 포인트에서의 몽테카를로 시뮬레이션을 통해 관측된 비대칭성이 스핀-0과 스핀-1/2 스퍼티클 스펙트럼과 일치하는가를 입증할 수 있는가?
• RQ5 관측된 비대칭성은 두 개의 스핀-0 스퍼티클에서 예상되는 순수 단계공간 붕괴 분포와 불일치하는가?

주요 결과

• 렙톤-제트 인variant 질량 분포의 형태는 스핀-0 렙톤과 스핀-1/2 중성미온 두 개의 경우와 일치하는 전하 비대칭성을 나타낸다.
• 비대칭성은 스쿼크와 항-스쿼크 간의 주요 생산 비대칭성에 비례하며, 이는 스핀에 의존하는 기원임을 시사한다.
• 시뮬레이션된 비대칭성 분포는 두 스퍼티클이 모두 스핀-0일 경우 기대되는 순수 단계공간 붕괴 형태와 일치하지 않는다.
• 이 방법은 붕괴 생성물의 각도 분포를 기반으로 스핀-0와 스핀-1/2 시나리오를 성공적으로 구별할 수 있다.
• 결과적으로 전하 비대칭성은 SUSY 모델에서 스핀 결정을 위한 타당한 관측 가능량임을 보여준다.