[論文レビュー] Effects of invisible particle emission on inclusive variables for determining the scale of new physics at hadron colliders

Andreas Papaefstathiou, B.R. Webber|arXiv (Cornell University)|Apr 27, 2010

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、ハドロン衝突加速器における新しい物理スケールの探査に用いられる包含的変数に、見えない粒子の放出およびQCD初期状態放射（ISR）が与える影響を調査する。特に、トップおよびグルーギノ対生成における可視インバリアント質量分布に注目する。リズム化計算では、大きな擬似速さ間隔（η ~ 3）において、モンテカルロ結果と良好な一致を示す。可視化された粒子の放出はトップ対生成ではわずかな影響しか及たないが、中間状態がスクアークォーク（Wボソンと比較して重い）であるグルーギノ対生成では顕著な影響を及ぼす。

ABSTRACT

We examine the effects of invisible particle emission in conjunction with QCD initial state radiation (ISR) on quantities designed to probe the mass scale of new physics at hadron colliders, which involve longitudinal as well as transverse final-state momenta. This is an extension of our previous treatment, arXiv:0903.2013, of the effects of ISR on global inclusive variables. We present resummed results on the visible invariant mass distribution and compare them to parton-level Monte Carlo results for top quark and gluino pair-production at the LHC. There is good agreement as long as the visible pseudorapidity interval is large enough (eta ~ 3). The effect of invisible particle emission is small in the case of top pair production but substantial for gluino pair production. This is due mainly to the larger mass of the intermediate particles in gluino decay (squarks rather than W-bosons). We also show Monte Carlo modelling of the effects of hadronization and the underlying event. The effect of the underlying event is large but may be approximately universal.

研究の動機と目的

• 包含的変数における初期状態放射（ISR）効果に関する先行研究を、新しい物理探査に向けた見えない粒子放出を含めるように拡張すること。
• LHCにおけるトップおよびグルーギノ対生成において、見えない粒子放出が可視インバリアント質量分布に与える影響を評価すること。
• ハドロン化およびアンダーライニングイベントの影響が再構成されたインバリアント質量分布に与える影響を評価すること。
• アンダーライニングイベント効果が異なる最終状態間で概ね一様であるかどうかを特定すること。

提案手法

• トップおよびグルーギノ対生成における包含的変数に及ぼすQCD初期状態放射効果をモデル化するため、リズム化技術を用いる。
• 可視インバリアント質量分布に関して、リズム化結果と部分素粒子レベルのモンテカルロシミュレーションを比較する。
• 特に、崩壊カスケード中にスクアークォークを中間状態として持つグルーギノ対生成において、崩壊からの見えない粒子放出を組み込む。
• 最終的な分布に与える影響を評価するため、モンテカルロモデルにハドロン化およびアンダーライニングイベント効果を組み込む。
• リズム化とモンテカルロ結果の信頼性ある比較を保証するため、大きな擬似速さ間隔（η ~ 3）を用いる。
• 異なる最終状態間でのアンダーライニングイベント効果の大きさを比較することで、その普遍性を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 見えない粒子放出は、トップクォーク対生成における可視インバリアント質量分布にどのように影響を与えるか？
• RQ2 見えない粒子放出は、グルーギノ対生成における可視インバリアント質量にどのような影響を及ぼし、なぜトップ対生成よりも顕著なのか？
• RQ3 ハドロン化およびアンダーライニングイベントは、新しい物理信号探索における可視インバリアント質量分布をどの程度歪めるか？
• RQ4 アンダーライニングイベント効果は、異なる最終状態間で可視質量分布に対して概ね一様に作用するか？
• RQ5 見えない粒子が存在する状況において、リズム化QCD ISR計算と部分素粒子レベルのモンテカルロシミュレーションの一致度はどの程度高いか？

主な発見

• 可視擬似速さ間隔が十分に大きい（η ~ 3）場合、可視インバリアント質量分布のリズム化結果は、部分素粒子レベルのモンテカルロシミュレーションと良好に一致する。
• トップクォーク対生成では、見えない粒子放出の影響は小さい。これは、崩壊チェーンの主要な中間状態が軽いWボソンであるためである。
• 一方、グルーギノ対生成では、見えない粒子放出の影響が顕著である。これは、崩壊カスケード中に重いスクアークォークが中間状態として存在するためである。
• ハドロン化およびアンダーライニングイベントは、可視質量分布に顕著な影響を与える。特にアンダーライニングイベント効果は大きく、異なる最終状態間で概ね一様である可能性がある。
• リズム化とモンテカルロ結果の一致は、見えない粒子を含む新しい物理探査における包含的変数にリズム化技術を用いる正当性を裏付けている。
• 本研究の結果は、LHCにおける新しい物理シナリオにおけるスケールの正確な決定に、見えない粒子放出の正確なモデル化が不可欠であることを示唆している。