[论文解读] Neutralino polarization effect in the squark cascade decay at LHC

T. Goto|ArXiv.org|Nov 28, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用 3

一句话总结

本文研究了大型强子对撞机（LHC）上标夸克级联衰变中的中性子极化效应，表明由于 sfermion-fermion-中性子耦合中的手征结构，夸克-轻子不变质量分布中出现了电荷不对称性。在mSUGRA框架下使用蒙特卡洛模拟，结果表明该不对称性可被测量，并表现出强烈的轻子味依赖性，电子、μ子和τ子具有不同的特征信号，使得在√LHC = 14 TeV、亮度为300 fb⁻¹的条件下，有望探测到e-μ非普遍性。

ABSTRACT

We study the effect of the neutralino polarization in a squark cascade decay $ ilde{q} o q ildeχ^0_2 o q l^\pm ilde{l}^\mp o q l^\pm ilde{l}^\mp o q l^\pm l^\mp ildeχ^0_1$. Charge asymmetry in the lepton-jet invariant mass distribution appears depending on the chirality structure of the sfermion-fermion-neutralino coupling. With use of the Monte Carlo simulation, we show that the asymmetry is measurable in LHC. We also show that the distribution of the charge asymmetry is sensitive to the (s)lepton flavor.

研究动机与目标

• 通过LHC上标夸克级联衰变中的中性子极化，探测sfermion-fermion-中性子耦合的手征性质。
• 研究LHC是否能探测到$\tilde{\chi}^0_2 \to l\tilde{l}$衰变分支比和电荷不对称性中的轻子味依赖性。
• 利用蒙特卡洛模拟评估在$m(ql^\pm)$分布中探测$e$-$\mu$非普遍性的可行性。
• 评估selectron左右混合及Yukawa耦合对电荷不对称性的影响，特别是针对$\tilde{\tau}$和$\tilde{\mu}$模式。

提出的方法

• 本研究采用sfermion-fermion-中性子相互作用的有效拉格朗日量，通过手征耦合系数$L_{i\alpha}^f$和$R_{i\alpha}^f$参数化，以编码耦合的手征结构。
• 推导了级联衰变$\tilde{q} \to q\tilde{\chi}^0_2 \to ql^\pm_1\tilde{l}^\mp \to ql^\pm_1l^\mp_2\tilde{\chi}^0_1$的角分布，其中极化依赖的不对称性由$A(l) = \frac{|L|^2 - |R|^2}{|L|^2 + |R|^2}$决定。
• 使用ISAJET生成谱，HERWIG生成事件，通过ISAWIG接口连接，并利用ATLFAST模拟探测器效应。
• 电荷不对称性定义为$[N(ql^+) - N(ql^-)] / [N(ql^+) + N(ql^-)]$，并从SPS1a和SPS3 mSUGRA基准点的模拟事件中重建。
• 分析中考虑了反标夸克贡献，估计不对称性测量中的稀释因子为50–58%。

实验结果

研究问题

• RQ1 LHC能否探测到由标夸克级联衰变中中性子极化引起的$m(ql^\pm)$分布中的电荷不对称性？
• RQ2 轻子味（e, $\mu$, $\tau$）如何影响$\tilde{\chi}^0_2 \to l\tilde{l}_1$衰变中的电荷不对称性和分支比？
• RQ3 由Yukawa耦合和$\tan\beta$驱动的selectron左右混合在多大程度上诱导了不对称性中的e-μ非普遍性？
• RQ4 在$\int \mathcal{L} dt = 300$ fb$^{-1}$亮度下，LHC能否探测到电荷不对称性中的e-μ非普遍性？

主要发现

• 在LHC上，$m(ql^\pm)$分布中的电荷不对称性可被测量，SPS1a和SPS3在低$m(ql)$处呈现明显的负不对称性，接近端点处则为正不对称性。
• 对于$\tan\beta = 10$的SPS1a，模拟得到的电荷不对称性与理论预测定性一致，反标夸克事件导致50%的稀释因子。
• 对于$\tan\beta = 20$的SPS1a，e-μ不对称性差异可达30%，表明由于selectau区的左右混合增强，表现出强烈的味依赖性。
• 在SPS3中，不对称性具有味依赖性，主要由$\tilde{\chi}^0_2 \to \tilde{l}_2$衰变主导，当$\tan\beta$较大时，$\Gamma(\tilde{\chi}^0_2 \to \mu\tilde{\mu}_1) > \Gamma(\tilde{\chi}^0_2 \to e\tilde{e}_1)$成为可能。
• $\tilde{\chi}^0_2 \to \tau\tilde{\tau}_1$衰变的宽度显著大于e和μ模式，这是由于Yukawa耦合增强的$L_{21}^\tau$导致，其不对称性符号与e和μ模式相反。
• 研究结论认为，只要e和μ的探测效率得到良好理解，LHC在300 fb⁻¹亮度下可探测到电荷不对称性中的e-μ非普遍性。