[论文解读] Right sneutrinos in a supergravity model and the signals of a stable stop at the Large Hadron Collider

Debajyoti Choudhury, Sudhir Kumar Gupta+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 22, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

该论文提出了一种在超引力模型中的超对称情景，其中右手中性ino为最轻超对称粒子（LSP），使较轻的停止夸克作为寿命较长的次轻超对称粒子（NLSP）稳定存在。通过适当的运动学截断，停止夸克对产生可在数月的LHC数据中产生可观测信号，而胶球子对产生则需约300 fb⁻¹；稳定的NLSP轨迹使得胶球子质量的重建成为可能。

ABSTRACT

We investigate charged tracks signals of a supersymmetric scenario, where the lighter stop is the next-to-lightest supersymmetric particle (NLSP). It is found that such an NLSP is stable on the scale of the detector at the LHC if one has a right-chiral sneutrino as the lightest supersymmetric particle (LSP). After identifying some benchmark points in the parameter space of a supergravity scenario with non-universal scalar masses, we study a few specific classes of signals, namely, stop pair production and gluino pair production followed by each decaying into a stop and a top. It is shown that proper kinematic cuts remove the backgrounds in each case, and, while a few months' worth of data is sufficient to have copious events in the first case, one may require 300 $fb^{-1}$ for the other. One can also aspire to reconstruct the gluino mass, using the `visible' stable NLSP tracks.

研究动机与目标

• 探索一种具有非简并标量质量的超引力模型中的超对称情景，其中右手中性ino作为最轻超对称粒子（LSP）。
• 研究由于LSP稳定性而产生的长寿命停止夸克作为次轻超对称粒子（NLSP）的理论现象学。
• 识别由停止夸克对产生及胶球子对产生并衰变为停止和顶夸克所引发的大型强子对撞机（LHC）可观测信号。
• 确定信号探测所需的积分亮度，并评估通过可见稳定NLSP轨迹重建胶球子质量的可行性。

提出的方法

• 采用具有非简并软质量的超引力模型，在参数空间中识别右手中性ino为LSP的基准点。
• 分析停止夸赫对产生与胶球子对产生过程，随后经历级联衰变：胶球子 → 停止 + 顶夸克，以及停止 → 顶夸克 + LSP。
• 应用运动学截断以抑制两种信号产生模式下的标准模型背景。
• 利用蒙特卡罗模拟评估信号显著性与事件率，以估算探测所需的积分亮度。
• 通过运动学约束与能量动量守恒，利用稳定NLSP（停止）的可见轨迹重建胶球子质量。
• 在实际探测器条件与数据采集情景下，评估LHC对这些信号的敏感度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有非简并标量质量的超引力模型中，右手中性ino作为LSP是否能稳定较轻的停止夸克，使其成为长寿命NLSP？
• RQ2 在LHC环境中，长寿命停止夸克的主要产生通道是什么？如何与标准模型背景相区分？
• RQ3 为以足够显著性观测停止夸赫对产生与胶球子对产生，需要多大的积分亮度？
• RQ4 能否通过可见稳定停止NLSP轨迹的运动学特性重建胶球子质量？
• RQ5 运动学截断在长寿命停止信号存在的情况下，如何有效抑制背景事件？

主要发现

• 右手中性ino作为LSP确保了较轻的停止夸赫在探测器时间尺度内稳定，从而产生可观测的带电轨迹信号。
• 停止夸赫对产生可在数月的LHC数据收集期内产生大量事件，使其成为极具前景的信号通道。
• 胶球子对产生并衰变为停止与顶夸克，需约300 fb⁻¹的积分亮度才能实现显著的信号探测。
• 运动学截断在停止夸赫对与胶球子对产生两种情景下均能有效抑制标准模型背景。
• 稳定停止NLSP的可见轨迹可通过运动学分析实现胶球子质量的重建。
• 该模型为在LHC中探测具有可观测位移轨迹的长寿命停止夸赫提供了可行框架。