[论文解读] Effects of invisible particle emission on inclusive variables for determining the scale of new physics at hadron colliders

Andreas Papaefstathiou, B.R. Webber|arXiv (Cornell University)|Apr 27, 2010

High-Energy Particle Collisions Research被引用 1

一句话总结

本文研究了隐形粒子发射与QCD初态辐射如何影响强子对撞机中用于探测新物理尺度的包含性变量，重点分析顶夸克与 gluino 对产生过程中可见不变质量分布的影响。在较大的伪快度区间（η ~ 3）下，重求和计算结果与蒙特卡罗模拟结果具有良好一致性；在顶夸克对产生中，隐形粒子发射的影响较小，但在 gluino 对产生中则具有显著影响，原因在于中间态粒子质量更重（squarks 相较于 W 玻色子）。

ABSTRACT

We examine the effects of invisible particle emission in conjunction with QCD initial state radiation (ISR) on quantities designed to probe the mass scale of new physics at hadron colliders, which involve longitudinal as well as transverse final-state momenta. This is an extension of our previous treatment, arXiv:0903.2013, of the effects of ISR on global inclusive variables. We present resummed results on the visible invariant mass distribution and compare them to parton-level Monte Carlo results for top quark and gluino pair-production at the LHC. There is good agreement as long as the visible pseudorapidity interval is large enough (eta ~ 3). The effect of invisible particle emission is small in the case of top pair production but substantial for gluino pair production. This is due mainly to the larger mass of the intermediate particles in gluino decay (squarks rather than W-bosons). We also show Monte Carlo modelling of the effects of hadronization and the underlying event. The effect of the underlying event is large but may be approximately universal.

研究动机与目标

• 将先前关于包含性变量中初态辐射（ISR）效应的研究扩展至包含新物理搜索中的隐形粒子发射。
• 评估隐形粒子发射如何改变大型强子对撞机（LHC）中顶夸克对与 gluino 对产生过程的可见不变质量分布。
• 评估强子化与底层事件对重建不变质量分布的影响。
• 确定底层事件效应在不同末态中是否近似具有普适性。

提出的方法

• 采用重求和技术，模拟QCD初态辐射对顶夸克与 gluino 对产生中包含性变量的影响。
• 将重求和结果与部分子层次的蒙特卡罗模拟结果进行比较，以分析可见不变质量分布。
• 在级联衰变中引入隐形粒子发射，特别是在 gluino 对产生中，其中稀疏夸克（squarks）为中间态。
• 在蒙特卡罗建模中纳入强子化与底层事件效应，以评估其对最终分布的影响。
• 采用较大的伪快度区间（η ~ 3），以确保重求和结果与蒙特卡罗结果之间的可靠比较。
• 通过比较不同末态中底层事件效应的大小，分析其普适性。

实验结果

研究问题

• RQ1 隐形粒子发射如何影响顶夸克对产生中可见不变质量分布？
• RQ2 隐形粒子发射对 gluino 对产生中可见不变质量的影响如何？为何其影响比在顶夸克对产生中更为显著？
• RQ3 强子化与底层事件在多大程度上扭曲了新物理信号搜索中的可见不变质量分布？
• RQ4 底层事件对可见质量分布的影响在不同末态中是否近似具有普适性？
• RQ5 当存在隐形粒子时，重求和QCD初态辐射计算与部分子层次蒙特卡罗模拟结果的符合程度如何？

主要发现

• 当可见伪快度区间足够大（η ~ 3）时，可见不变质量分布的重求和结果与部分子层次蒙特卡罗模拟结果具有良好一致性。
• 在顶夸克对产生中，隐形粒子发射的影响较小，主要原因是衰变链中中间态为较轻的W玻色子。
• 相比之下，在 gluino 对产生中，隐形粒子发射具有显著影响，这主要源于衰变级联中较重的稀疏夸克（squark）中间态。
• 强子化与底层事件对可见质量分布引入了显著影响，其中底层事件效应较大，但可能在不同末态中近似具有普适性。
• 重求和结果与蒙特卡罗模拟结果的一致性验证了在涉及隐形粒子的新物理搜索中，使用重求和技术处理包含性变量的可靠性。
• 研究结果表明，对隐形粒子发射进行精确建模，对于在LHC中精确确定新物理场景的尺度至关重要。