[论文解读] Dirac Gauginos in Supersymmetry -- Suppressed Jets + MET Signals: A Snowmass Whitepaper

Graham D. Kribs, A. Martin|arXiv (Cornell University)|Aug 15, 2013

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 46被引用 21

一句话总结

本文研究了具有重狄拉克胶微子的超对称性，表明由于缺乏手征性翻转的马约拉纳质量插入项，第一代和第二代标夸克对产生过程的截面相比MSSM被抑制了两个数量级。在14 TeV下，伴随标夸克-胶微子产生的过程过于稀少而无法探测；但在33 TeV下，截面可达约12 fb，使得此类信号在未来高能对撞机中可能被观测到。

ABSTRACT

We consider the modifications to squark production in the presence of a naturally heavier Dirac gluino. First generation squark production is highly suppressed, providing an interesting but challenging signal find or rule out. No dedicated searches for supersymmetry with a Dirac gluino have been performed, however a reinterpretation of a "decoupled gluino" simplified model suggests the bounds on a common first and second generation squark mass is much smaller than in the MSSM: $\lsim 850$ GeV for a massless LSP, and no bound for an LSP heavier than about 300 GeV. We compare and contrast the squark production cross sections between a model with a Dirac gluino and one with a Majorana gluino, updating earlier results in the literature to a $pp$ collider operating at $\sqrt{s} = 14$ and 33 TeV. Associated production of squark+gluino is likely very small at $\sqrt{s} = 14$ TeV, while is a challenging but important signal at even higher energy $pp$ colliders. Several other salient implications of Dirac gauginos are mentioned, with some thought-provoking discussion as it regards the importance of the various experiments planned or proposed.

研究动机与目标

• 分析具有狄拉克胶微子的超对称性的现象学，特别关注被抑制的标夸克产生通道。
• 评估在重狄拉克胶微子背景下，现有LHC超对称性搜索的可行性。
• 评估在如33 TeV LHC等高能质子-质子对撞机上发现狄拉克规范微子的潜力。
• 识别当前狄拉克胶微子模型实验信号与搜索策略中的关键特征与空白。
• 探讨狄拉克规范微子对味物理、希格斯质量生成以及强度前沿实验的影响。

提出的方法

• 重新解释现有的‘胶微子脱耦’简化模型搜索（ATLAS与CMS）以约束狄拉克胶微子情景。
• 使用$pp$对撞机在$\sqrt{s} = 14$和$33$ TeV下的数据，比较狄拉克与马约拉纳胶微子模型中的标夸克产生截面。
• 在狄拉克胶微子情形下，将$ s $-通道胶子交换作为第一代与第二代标夸克产生机制的主导过程。
• 使用Leading-order计算估算$\sigma(\tilde{q} + \tilde{g})$，其中$M_{\tilde{q}} = 1$ TeV且$M_{\tilde{g}} = 5$ TeV。
• 考虑$R$-对称性与标夸克混合对衰变模式及味破坏信号的影响。
• 通过强度前沿实验（包括$\mu \to e\gamma$与$R$-对称模型中的$\mu$-转换）评估间接探测手段。

实验结果

研究问题

• RQ1 与马约拉纳胶微子情形相比，狄拉克胶微子的存在如何抑制标夸克对的产生？
• RQ2 在高能$pp$碰撞中，重狄拉克胶微子的可观测信号特征是什么？
• RQ3 现有LHC对喷注+缺失能量的搜索在多大程度上能约束具有狄拉克胶微子的模型？
• RQ4 $R$-对称性与标夸克混合如何影响狄拉克规范微子模型的现象学？
• RQ5 强度前沿实验在探测狄拉克规范微子情景中扮演何种角色？

主要发现

• 与MSSM相比，狄拉克胶微子模型中第一代与第二代标夸克对产生过程被抑制了约两个数量级。
• 在$\sqrt{s} = 14$ TeV下，伴随$\tilde{q} + \tilde{g}$产生的截面仅为$\sim 0.015$ fb，无论何种实际亮度均不足以探测。
• 在$\sqrt{s} = 33$ TeV下，$\tilde{q} + \tilde{g}$的产生截面增加至$\sim 12$ fb，使其成为未来高能对撞机中可行的信号。
• 对于质量为零的LSP，现有ATLAS与CMS搜索排除了第一代与第二代标夸克质量分别低于$\lesssim 850$ GeV与$\lesssim 780$ GeV的参数区域。
• 若LSP质量超过$\sim 300$ GeV，则在脱耦胶微子简化模型中，标夸克质量无任何约束，凸显了探测重狄拉克胶微子的挑战。
• 强度前沿实验（如Mu2e与MEG）预计将在$R$-对称模型中探测到狄拉克规范微子引发的轻子味破坏，其灵敏度比当前限制高至六个数量级。