[论文解读] LHC(CMS) SUSY discovery potential for nonuniversal gaugino and squark masses and the determination of the effective SUSY scale

S.I. Bityukov, Nikolai Krasnikov|ArXiv.org|Oct 18, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 7

一句话总结

本文研究了在非简并规范微子与标夸克质量的模型中，LHC(CMS)对超对称（SUSY）的发现潜力，超越了简化SUGRA-MSSM框架。通过使用ISASUSY和PYTHIA进行详细的蒙特卡罗模拟，结果表明，LHC可根据质量层次检测到1.5–2.5 TeV范围内的标夸克与胶微子，而有效SUSY尺度仅能通过非简并情形下的M_eff变量非平凡地测量。

ABSTRACT

We review the results on the investigation of the LHC(CMS) SUSY discovery potential for the case of nonuniversal gaugino and squark masses.

研究动机与目标

• 评估当规范微子与标夸克质量非简并时，LHC(CMS)对SUSY的发现潜力，超越SUGRA-MSSM框架中质量简并的假设。
• 研究最轻的超对称粒子（LSP）较重时对检测标夸克与胶微子的影响。
• 评估M_eff变量在非简并质量情景下估算有效SUSY尺度的性能。
• 确定LHC在不同质量层次下的SUSY发现能力，包括仅第三代标夸克为轻量的情况。
• 通过真实的探测器模拟与背景建模，提供SUSY发现潜力的模型无关评估。

提出的方法

• 使用ISASUSY模拟SUSY信号事件，该程序可生成非简并规范微子与标夸克质量下的完整粒子谱、耦合常数、产生截面及衰变链。
• 使用PYTHIA生成标准模型背景，包括W+ jets、Z+ jets、top对、二玻色子过程及QCD过程。
• 通过CMSJET（基于详细CMS探测器响应的快速模拟代码）执行探测器模拟。
• 将搜索信号定义为（n ≥ 2,3,4）个喷注 + （m ≥ 0,1,2,3,4）个孤立轻子 + E_T^miss，并应用优化的运动学截断。
• 将M_eff变量定义为M_eff = E_T^miss + Σp_T,1到4，用于四个最高p_T喷注，以探测有效SUSY尺度。
• 分析dσ_SUSY/dM_eff分布以确定M_SUSY（分布峰值），并与m_gluino和m_squark中的最小值进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 当规范微子与标夸克质量非简并时，LHC(CMS)对标夸克与胶微子的发现潜力如何变化？
• RQ2 当LSP质量较重时，对（喷注 + 轻子 + E_T^miss）信号中SUSY信号的可探测性有何影响？
• RQ3 在非简并质量模型中，M_eff变量能否可靠估算有效SUSY尺度？
• RQ4 在不同质量层次（如m_gluino ≫ m_squark或仅第三代标夸克为轻量）下，发现能力如何变化？
• RQ5 在一般非简并情形下，M_eff分布的峰值（M_SUSY）与min(m_gluino, m_squark)的相关性如何？

主要发现

• 在非简并规范微子与标夸克质量下，当LSP质量接近min(m_gluino, m_squark)时，LHC(CMS)可探测到标夸克与胶微子质量高达1.2–1.5 TeV。
• 当仅第三代表夸克为轻量（m_q1,2 > 1 TeV）时，SUSY仍可在m_squark ≤ 800 GeV下被探测到。
• 在非简并模型中，M_eff变量与m_gluino或m_squark中的最小值无线性相关，表现出对所有三个质量（m_gluino、m_squark、m_LSP）的非线性且非平凡的依赖。
• 在一般非简并情形下，M_eff分布的峰值M_SUSY与min(m_gluino, m_squark)存在显著偏差，限制了其作为直接质量估计器的使用。
• 即使在最困难情形下（LSP质量接近胶微子或标夸克质量），LHC仍可探测到低于1 TeV的超对称粒子。
• 主要SM背景包括W+jets、Z+jets、t-tbar、WZ、ZZ、b-bbar及QCD（2→2）过程，这些在模拟框架中均得到良好建模。