[论文解读] Supersymmetry Signatures at the CERN LHC

F. Paige|arXiv (Cornell University)|Jan 9, 1998

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 8

一句话总结

本文对欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）上超对称性（SUSY）的发现潜力与精确测量进行了全面分析，重点研究了由缺失能量和多轻子末态引起的运动学信号。结果表明，尽管每个事例中存在两个不可见的中性ino（$ ilde ilde il^0$），但通过不变质量分布和运动学端点，仍可实现对超对称粒子质量的精确测定，从而在有利条件下以高精度重建底层SUSY模型参数。

ABSTRACT

These lectures, given at the 1997 TASI Summer School, describe the prospects for discovering supersymmetry (SUSY) and for studying its properties at the Large Hadron Collider (LHC) at CERN. If SUSY exists at a mass scale less than 1--2 TeV, then it should be easy to observe characteristic deviations from the Standard Model at the LHC. It is more difficult to determine SUSY masses because in most models there are two missing particles ildeχ_1^0 in every event. However, it is possible to use various kinematic distributions to make precision measurements of combinations of SUSY masses and other quantities related to SUSY physics. In favorable cases such measurements at the LHC can determine the parameters of the underlying SUSY model with good accuracy.

研究动机与目标

• 评估若超对称粒子质量低于1–2 TeV，LHC发现超对称性的潜力。
• 解决在每个事例中两个中性ino（$\tilde\chi_1^0$）无法探测时，重建SUSY质量的挑战。
• 开发并展示利用运动学分布进行SUSY质量组合与模型参数高精度测量的方法。
• 评估从LHC数据中重建底层SUSY拉格朗日量参数的可行性。

提出的方法

• 利用多轻子末态和缺失能量末态中的不变质量分布探测SUSY信号。
• 应用运动学端点技术提取SUSY粒子质量的组合。
• 通过标准模型背景的LHC事例模拟，估算信号显著性与可探测性。
• 分析事例拓扑结构与缺失横向能量，以区分SUSY信号与标准模型过程。
• 使用蒙特卡罗事件生成器模拟SUSY产生与衰变链。
• 开发重建算法，即使每个事例中存在两个不可见粒子，也能推断超对称粒子的质量。

实验结果

研究问题

• RQ1 若SUSY尺度低于1–2 TeV，LHC能否探测到超对称性？
• RQ2 当每个事例中两个中性ino无法探测时，SUSY粒子质量的重建精度如何？
• RQ3 哪些运动学可观测量对区分SUSY信号与标准模型背景最为敏感？
• RQ4 在多大程度上可从LHC数据中重建底层SUSY模型参数？
• RQ5 为最大化LHC上SUSY发现潜力，最优末态与分析策略是什么？

主要发现

• 若超对称粒子质量低于1–2 TeV，LHC可探测到SUSY，因其与标准模型预期存在显著偏离。
• 不变质量分布中的运动学端点为测量SUSY粒子质量组合提供了强大工具。
• 在有利情形下，即使每个事例中存在两个不可见粒子，LHC仍可高精度确定SUSY模型参数。
• 多轻子与缺失能量末态提供了强有力的SUSY事例识别信号，并有效降低背景污染。
• 该方法仅利用运动学信息，即可实现对超对称粒子质量差与绝对质量尺度的重建。
• 分析表明，在足够亮度与事例统计量下，SUSY参数的精确测量是可行的。