[论文解读] Discovering Gluino Events at LHC-8 via Disappearing Chargino Tracks

Gordon Kane, Ran Lu+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 6

一句话总结

本文提出在LHC-8上通过探测重希格斯ino衰变产生的长寿命费米子轨迹，实现对具有重标量夸克和Wino类LSP模型中胶球子对产生过程的探测。该方法利用约50%分支比衰变为软π介子和LSP的费米子，产生可重建的高pT轨迹，形成低背景信号，使在10–20 fb⁻¹数据下实现胶球子发现成为可能，并可通过运动学重建实现独立的质量测量。

ABSTRACT

In this note, we advocate a new method for identifying gluino pair production events at the LHC. The method is motivated by and works for theories with heavy squarks and Wino-like LSPs (with nearly degenerate LSP and chargino). Such theories are well motivated and their gluinos typically have a O(50%) branching ratio to charged Winos. Observing the track of a long lived charged Wino produced from gluino decay could give a clear identification of a gluino event. Charged Wino NLSPs produced in colliders can be long-lived enough to leave a reconstructable high pT charged track before decaying into a soft pion (or a soft lepton) and the LSP, a signature with low SM background. By supplementing the canonical gluino search strategy with a search for these stiff chargino tracks, our results suggest it will be possible to find gluinos with significantly less luminosity. In addition, we describe a procedure for obtaining a kinematic measurement of the gluino mass using the three momenta of the reconstructed chargino tracks. With measurements of the gluino mass and cross section, it will be possible to determine the gluino spin, and confirm that the excess events are indeed due to a spin 1/2 superpartner. It may also be possible to use these stiff Wino tracks to obtain an approximate measurement of the chargino mass, and therefore the LSP (dark matter) mass.

研究动机与目标

• 开发一种新的胶球子对产生搜索策略，适用于具有重标量夸克和Wino类LSP的模型，其中费米子与LSP几乎简并。
• 通过引入具有低标准模型背景的基于轨迹的信号，减少对传统缺失横向动量（MET）和喷射束搜索的依赖。
• 通过利用胶球子衰变产生的长寿命费米子轨迹，显著降低所需亮度，实现胶球子发现。
• 通过重建的费米子三维动量，提供胶球子质量的独立运动学测量。
• 通过质量与截面测量，确认胶球子自旋并将其与其它有色超对称伙伴区分开来。

提出的方法

• 利用胶球子衰变中产生的长寿命费米子（分支比~50%），其在衰变前可移动数十厘米，最终衰变为软π介子和LSP，留下可探测的高pT带电轨迹。
• 应用标准SUSY搜索选择条件（如MET > 130 GeV，≥4个喷射束，pT(j1) > 130 GeV）以筛选候选事例。
• 通过像素探测器中的轨迹重建识别费米子轨迹，利用曲率和dE/dx区分标准模型背景。
• 通过将费米子轨迹与两个喷射束聚类形成横向动量平衡的系统，重建胶球子质量。
• 利用从MET推断的另一费米子的横向动量，将正确的喷射束与观测到的费米子轨迹配对。
• 对费米子轨迹与喷射束之间施加Δφ > 0.4的约束，以抑制喷射束假背景，同时保留约60%的信号事例。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有重标量夸克和Wino类LSP的模型中，胶球子衰变产生的长寿命费米子轨迹是否能提供一种稳健且低背景的胶球子探测信号？
• RQ2 费米子轨迹是否能实现不依赖MET和喷射能标假设的胶球子质量独立运动学测量？
• RQ3 观测到的费米子轨迹特性（动量、曲率、dE/dx）是否可用于推断费米子与LSP的质量？
• RQ4 在亮度有限的LHC-8中，引入费米子轨迹搜索是否能提升胶球子的发现灵敏度？
• RQ5 通过测量的胶球子质量与截面是否能确认其自旋为1/2，并将其与其它有色超对称伙伴区分开来？

主要发现

• 在10–20 fb⁻¹的LHC-8数据下，预计约有60个事例可通过标准SUSY搜索选择条件重建费米子轨迹。
• 通过费米子轨迹三维动量与喷射束聚类重建的胶球子质量，其不确定性在约100 GeV内与真实质量一致。
• 该方法可实现胶球子质量的独立测量，减少对LSP质量假设的依赖。
• 费米子轨迹信号在标准隔离选择条件下具有鲁棒性，可在保持信号显著性的同时减少背景。
• 通过测量费米子轨迹动量及潜在的软π介子衰变产物，可实现费米子与LSP质量的运动学重建。
• 该方法通过质量与截面测量，为胶球子自旋提供了关键检验，确认其为胶球子超对称伙伴。