[论文解读] Possible Effects of a Hidden Valley on Supersymmetric Phenomenology

Matthew J. Strassler|ArXiv.org|Jul 13, 2006

Cosmology and Gravitation Theories被引用 85

一句话总结

本文研究了当最轻的超对称粒子（LSP）位于一个具有自身规范群、物质和长寿命粒子的隐秘山谷（hidden valley）扇区时，该扇区如何彻底改变超对称现象学。通过使LSP衰变为喷胶、轻子和位移顶点，该机制抑制了标准的缺失能量信号，并使大型强子对撞机（LHC）的探测复杂化，因此需要新的搜索策略，重点关注位移顶点和多粒子末态。

ABSTRACT

A hidden valley sector may havea profound impact on the classic phenomenology of supersymmetry. This occurs if the LSP lies in the valley sector. In addition to reducing the standard missing energy signals and possibly providing displaced vertices (phenomena familiar from gauge-mediated and R-parity-violating models) it may lead to a variable multiplicity of new neutral particles, whose decays produce soft jets and/or leptons, and perhaps additional displaced vertices. Combined, these issues might obscure supersymmetric particle production from search strategies used on current Tevatron data and planned for the LHC. The same concerns arise more generally for any model that has a symmetry (such as T-parity or KK-parity) realized nontrivially in both the standard-model and the hidden-valley sectors. Possible strategies for experimental detection are discussed, and the potential importance of the LHCb detector is noted.

研究动机与目标

• 分析当LSP并非真正的基态而是山谷扇区中的长寿命粒子时，隐秘山谷扇区如何改变超对称现象学。
• 识别因缺失能量信号减少以及软喷胶、轻子和位移顶点出现而产生的实验挑战。
• 论证基于缺失横动量的传统LHC搜索策略在该类模型中可能无法探测到超对称现象，因此需要新的探测方法。
• 强调探测位移顶点和软末态的重要性，特别是LHCb探测器，因其具备独特的前向覆盖范围和顶点探测能力。
• 呼吁重新评估顶夸克对撞机（Tevatron）和LHC对超对称的限制，因为隐秘山谷模型可通过复杂的级联衰变和非标准衰变链，模拟或掩盖标准信号。

提出的方法

• 将隐秘山谷扇区建模为具有自身物质（v夸克、v标量夸克）和规范玻色子（v胶球、v gluinos）的束缚规范理论，导致v强子形成。
• 分析标准模型超对称伴随粒子的级联衰变，其产生两个LSP，随后衰变为山谷扇区，产生v强子及其后续可见衰变。
• 考虑中性子混合和R-奇偶性守恒耦合的作用，使标准模型超对称伴随粒子可通过中间态衰变为v强子。
• 评估高维算符（如夸克的五维算符、KK夸克的六维算符）对山谷扇区中长寿命粒子寿命的影响。
• 利用探测器特定能力评估位移顶点和软喷胶的可探测性，特别强调LHCb的前向接受度和顶点精度。
• 建议在LHC准备工作中优先考虑高效率的位移顶点探测，因为此类信号在标准模型中无本底。

实验结果

研究问题

• RQ1 当存在一个具有自身稳定或长寿命粒子的隐秘山谷扇区时，其如何改变R-奇偶性守恒超对称中的标准缺失能量信号？
• RQ2 当LSP是隐秘山谷扇区中的长寿命粒子时，其关键实验信号（如软喷胶、位移顶点或多体衰变）是什么？
• RQ3 与规范介导或R-奇偶性破坏的SUSY模型相比，具有长寿命LSP的隐秘山谷模型在现象学信号上有哪些不同？
• RQ4 LHCb探测器凭借其前向覆盖范围和顶点探测能力，如何在探测这些隐秘山谷信号方面相对于通用探测器提供独特优势？
• RQ5 在额外维或T-奇偶性模型中，高维算符对山谷扇区中长寿命粒子的寿命和可探测性的影响，与标准SUSY相比有多大？

主要发现

• 当LSP是隐秘山谷扇区中的长寿命粒子时，标准超对称的缺失能量信号显著减少甚至完全消失，因为LSP衰变为山谷扇区的可见粒子。
• LSP衰变为v强子及其后续衰变会产生软喷胶、轻子，以及可能的位移顶点，这些信号可能模拟或掩盖标准SUSY信号。
• 长寿命LSP衰变产生的位移顶点是关键诊断信号，且在标准模型中无本底，使其成为LHC探测的高优先级目标。
• 由于其前向接受度和高精度顶点探测能力，LHCb探测器在探测这些信号方面具有独特优势，可能实现对隐秘山谷现象的早期发现。
• 涉及中性子混合的级联衰变可导致稀有但可探测的v强子产生，尽管此类过程受抑制，但由于标准模型超对称伴随粒子的截面较大，仍具可观测性。
• 在如通用额外维或T-奇偶性小希格斯模型等模型中，高维算符可使粒子寿命长于标准SUSY，进一步增加探测难度，但也为新探测机会开辟了道路。