[论文解读] Physics performances for Scalar Electrons, Scalar Muons and Scalar Neutrinos searches at CLIC

Jean-Jacques Blaising, M. Battaglia+5 more|arXiv (Cornell University)|Jan 10, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用 6

一句话总结

本文评估了在3 TeV质心系能量下，紧凑线性对撞机（CLIC）在约束型最小超对称标准模型（cMSSM）中搜索标量轻子和 gaugino 的物理性能。通过考虑真实探测器效应的模拟事例，研究表明，CLIC 可通过轻子能量谱的运动学边缘分析，实现对 selectron、smuon、sneutrino 和 neutralino 的亚 GeV 级质量分辨率，交叉截面测量精度达到约 1–3%，关键超对称粒子的质量测定精度达到几 GeV 水平。

ABSTRACT

The determination of scalar leptons and gauginos masses is an important part of the program of spectroscopic studies of Supersymmetry at a high energy linear collider. In this talk we present results of a study of pair produced Scalar Electrons, Scalar Muons and Scalar Neutrinos searches in a Supersymmetric scenario at 3 TeV at CLIC. We present the performances on the lepton energy resolution and report the expected accuracies on the production cross sections and on the scalar leptons and gauginos masses.

研究动机与目标

• 评估 CLIC 在 3 TeV 下对 cMSSM 情形中标量电子、μ子和中微子的探测灵敏度。
• 通过轻子能量谱分析，评估超对称粒子质量与交叉截面测量的精度。
• 在 CLIC 精密谱学背景下，表征探测器性能，特别是轻子能量分辨率。
• 确定右手中性 selectron、smuon、sneutrino 和最轻 chargino 与 neutralino 质量的预期测量精度。

提出的方法

• 在 3 TeV 质心系能量下，对右手中性 selectron 对 $\tilde{e}_R^+\tilde{e}_R^-$、smuon 对 $\tilde{\mu}_R^+\tilde{\mu}_R^-$、左手中性 selectron 对 $\tilde{e}_L^+\tilde{e}_L^-$ 和 sneutrino 对 $\tilde{\nu}_e\tilde{\nu}_e$ 的 $e^+e^-$ 事例进行模拟。
• 使用 Whizard 和 Pythia 生成事件，随后通过 Mokka 和 CLIC_ILD_CDR 探测器几何结构进行完整探测器模拟。
• 通过多变量分析（TMVA）抑制背景，利用蒙特卡罗数据训练的信号与背景概率密度函数。
• 通过将重建的轻子能量分布与涉及 $E_L$、$E_H$ 和 $\sqrt{s}$ 的运动学边缘公式进行 $\chi^2$ 拟合，实现质量确定。
• 通过动量分布积分和 $\tilde{e}_L^+\tilde{e}_L^-$ 最终态的二喷注不变质量拟合，提取交叉截面。
• 通过每事件随机生成 $\sqrt{s}$ 值和模拟获得的能量分辨率函数，纳入束流辐射（beamstrahlung）和初始态辐射（ISR）效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 3 TeV 质心系能量下，CLIC 对右手中性 selectron、smuon、sneutrino 以及最轻 chargino 和 neutralino 的质量分辨率预期为多少？
• RQ2 CLIC 对标量轻子和 sneutrino 对产生过程的产额交叉截面测量精度如何？
• RQ3 轻子能量分辨率在多大程度上限制了 CLIC 中超对称粒子质量测量的精度？
• RQ4 多变量分析在抑制 CLIC 中标量轻子和 sneutrino 最终态的 SM 背景方面效果如何？
• RQ5 beamstrahlung 和初始态辐射对 CLIC 中 slepton 和 gaugino 质量重建有何影响？

主要发现

• 右手中性 selectron 的质量测量精度为 $\pm 2.8$ GeV，总不确定度为 $\pm 2.8$ GeV。
• 右手中性 smuon 的质量确定精度为 $\pm 5.6$ GeV，与轻子能量谱分析的预期分辨率一致。
• sneutrino 的质量测量精度为 $\pm 3.9$ GeV，表明对标量中微子搜索具有高精度。
• 最轻 neutralino 的质量测量精度为：在右手中性 selectron 过程中为 $\pm 3.4$ GeV，在 smuon 过程中为 $\pm 6.4$ GeV。
• 右手中性 selectron 的产额交叉截面测量统计不确定度为 $\pm 0.8\%$，对应 $\pm 0.05$ fb。
• sneutrino 对产生交叉截面的测量精度为 $\pm 2.4\%$，即 $\pm 0.32$ fb，表明该通道具有极高的灵敏度。