[論文レビュー] RPV SUSY with Same-Sign Dileptons at LHC-14

M. Saelim, Maxim Perelstein|arXiv (Cornell University)|Sep 30, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 18被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、軽量のグルィノとストップを伴う簡略化モデルにおいて、14 TeV LHCが同一符号の二重レプトン（SSDL）サーベイに起因するR対称性破れ（RPV）超対称性への感受性を評価する。300 fb⁻¹のデータ量ではグルィノ質量が1.4 TeVまで発見可能であり、High-Luminosity LHCアップグレードによる3000 fb⁻¹では1.6–1.75 TeVまで向上する。

ABSTRACT

We estimate the sensitivity of the 14 TeV LHC run to an R-parity violating supersymmetric model, via the same-sign dilepton (SSDL) signature. We consider the simplified model with light gluinos and stops, motivated by naturalness. We find that gluinos up to 1.4 TeV can be discovered with an integrated luminosity of 300 fb-1. If a high-luminosity option is implemented and a 3000 fb-1 dataset becomes available, the gluino mass reach can be increased to 1.6-1.75 TeV.

研究の動機と目的

• 14 TeV LHCが同一符号の二重レプトン（SSDL）サーベイを用いてR対称性破れ（RPV）超対称性を発見可能かどうかを評価すること。
• 自然性の制約に裏付けられた、軽量グルィノとストップを含む簡略化RPV SUSYモデルにおける探索限界を評価すること。
• 統合 luminosity のアップグレード（300 fb⁻¹ 対 3000 fb⁻¹）が、このチャンネルにおけるグルィノ質量感受性に与える影響を特定すること。
• 現実的な解析条件を想定し、検出器効果とバックグラウンド寄与（不可削減の標準模型過程と機器由来バックグラウンドを含む）をモデル化すること。

提案手法

• PYTHIA 8 を用いたパートンシャワイングおよびハドロン化処理により、(m_~g, m_~t) 平面上の198のパラメータポイントで信号イベントをシミュレートした。
• Prospino 2.1 からのK要因を用いてNLOスケーリングを行い、グルィノ質量が高くなる場合の線形補間を実施した。
• Delphes 3 を用いた検出器シミュレーションで、CMSカードを改変し、トラッキング、エネルギー/運動量のスメアリング、およびbタグ効率を含めた。
• CMSのSSDLサーチに基づく解析カットを適用：レプトンpT > 20 GeV、|η| < 2.4、識別効率（電子で73%、ミューオンで84%）、分離カット（ΔR = 0.3、合計pT ≤ レプトンpTの10%）。
• ファットジェットには反-kTアルゴリズム（R = 1.0）を用い、pT > 40 GeV、|η| < 2.4 を満たすものとし、質量がトップボソン質量より大きい高質量ジェット（high-mass jets）を定義した。
• pTとインバリアント質量が最大のSSDLペアを選択し、8 GeV以上のインバリアント質量を満たすようにした。トリガ効率（88–96%）を適用し、Zボソンや低質量共鳴状態を形成する第三のレプトンを除外した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 14 TeV LHCにおけるSSDLサーベイを用いたRPV SUSYのグルィノ質量の5σ発見限界はどの程度か？
• RQ2 特に300 fb⁻¹と3000 fb⁻¹のデータ量を比較した場合、感受性はどのようにスケーリングされるか？
• RQ3 不可削減の標準模型バックグラウンド（例：t¯tW±、t¯tZ）および機器由来バックグラウンド（偽レプトン、電荷反転）は、SSDLサーチの探索限界にどのように影響するか？
• RQ4 どの信号領域とジェット多重度（N_HMJ ≥ 1 または ≥ 2）が、SSDL解析において最高の感受性を示すか？
• RQ5 グルィノがストップとトップの最終状態にオンシェルで崩壊すると仮定した場合、その仮定が解析感度にどの程度影響を及えるか？

主な発見

• 14 TeV LHCで300 fb⁻¹の統合 luminosity を得た場合、RPV SUSYの簡略化モデルにおいてグルィノ質量は1.4 TeVまで発見可能であり、ストップ質量に依存しない。
• 2つの高質量ジェット（N_HMJ ≥ 2）を持つ信号領域SR5が、解析で検討されたすべてのCMS信号領域の中で最高の感受性を示した。
• High-Luminosity LHCアップグレードにより3000 fb⁻¹のデータが得られた場合、グルィノ質量の探索限界はストップ質量に応じて1.6–1.75 TeVに向上する。
• 不可削減の標準模型バックグラウンド（t¯tW± と t¯tZ）はNLOでシミュレートされ、それぞれK要因1.236および1.387が用いられ、14 TeVの中心系エネルギーにスケーリングされた。
• 機器由来バックグラウンド（偽レプトンと電荷反転）は、8 TeVデータからのレートをスケーリングし、14 TeVでのt¯t断面積に比例すると仮定して推定した。
• オンシェル崩壊仮定が適用されたが、グルィノが単一の三体崩壊チャネル（g̃ → tbs）で崩壊する領域でも解析は感度を維持していた。