[论文解读] Color-octet scalars at the LHC

S. Choi, Manuel Drees+4 more|ArXiv.org|Feb 26, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用 10

一句话总结

本文研究了在具有狄拉克胶子的N=1/N=2混合超对称模型中预测的彩色八重态标量粒子（sgluons），表明它们可通过胶子融合和粒子对产生在大型强子对撞机（LHC）上大量产生。关键信号包括高球对称性和大缺失横向动量的多喷注末态，或四顶夸克末态，提供了超越MSSM的独特实验信号。

ABSTRACT

Elements of the phenomenology of color-octet scalars (sgluons), as predicted in the hybrid N=1/N=2 supersymmetric model, are discussed in the light of forthcoming experiments at the CERN Large Hadron Collider.

研究动机与目标

• 研究具有狄拉克胶子的N=1/N=2混合超对称模型中彩色八重态标量粒子（sgluons）的唯象学。
• 评估通过单粒子和对产生机制在大型强子对撞机（LHC）上探测sgluons的可行性。
• 识别sgluons与标准MSSM拓扑结构不同的独特实验信号，特别是在喷注数量和缺失横向动量方面。
• 评估sgluon衰变为胶微子和顶夸克对可探测性和动量重建的影响。
• 确定在存在大QCD背景的情况下，sgluon共振在二喷注末态中可被观测的条件。

提出的方法

• 利用涉及sgluon色荷和质量依赖传播子的 partonic cross section 公式，分析通过胶子融合产生的sgluon截面。
• 使用不变部分子-部分子能量 $\sqrt{s}$、sgluon质量 $M_\sigma$ 和速度 $\beta_\sigma$，推导 sgluon 对产生 $pp \to \sigma\sigma^*$ 的总截面，包含对数校正项 $L_\sigma$。
• 评估通过圈图过程（特别是 $gg \to \sigma$）产生的单个sgluon，并在不同质量参数下与对产生率进行比较。
• 考虑sgluon的衰变模式，包括 $\sigma \to \tilde{g}\tilde{g}$、$\sigma \to t\bar{t}$ 和 $\sigma \to gg$，以预测主导末态。
• 将信号拓扑结构与标准MSSM过程的进行比较，重点关注喷注数量、球对称性和缺失横向动量。
• 使用基准点（如 SPS1a'）和质量配置，数值估算截面，并评估500 GeV至2 TeV质量范围内的可探测性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在LHC上，sgluon对的产生截面是多少？与停止或 selectron 对产生相比如何？
• RQ2 在何种质量和混合条件下，通过圈图过程的单个sgluon产生率会显著超过对产生率？
• RQ3 sgluon的主要衰变通道是什么？它们如何导致实验可区分的末态？
• RQ4 sgluon是否可在二喷注末态中作为共振态被识别？此类搜索的背景挑战是什么？
• RQ5 特别是多喷注和四LSP末态，这些末态信号与最小超对称标准模型中的信号有何不同？

主要发现

• 由于其较大的色荷，sgluon对产生截面在LHC上超过停止或 selectron 对产生截面一个数量级以上。
• 当 sgluon 质量约为1 TeV时，在某些质量配置下，单个sgluon产生截面可超过对产生率，特别是在 $m_{\tilde{q}} \simeq 2|M_3^D|$ 时。
• 衰变模式 $\sigma \to \tilde{g}\tilde{g}$ 产生至少八个硬喷注和四个不可见LSP的末态，导致高球对称性和大缺失横向动量。
• 若 $m_{\tilde{q}} \lesssim m_{\tilde{g}}$ 且停止扇区中L-R混合显著，则四顶夸克末态 ($\tilde{t}_1\tilde{t}_1\tilde{t}_1^*\tilde{t}_1^*$) 可能占主导。
• 若二体衰变在相空间上被禁止，$tt\bar{t}\bar{t}$ 末态可能成为主导，并允许直接重建 $M_\sigma$。
• 若观测到 $tc\bar{t}\bar{c}$ 末态，可能表明上型标夸克扇区存在显著混合，为sgluon发现提供独特信号。