[论文解读] Report of the SUGRA Working Group for Run II of the Tevatron

V. Barger, Wagner, C. E. M.|ArXiv.org|Mar 16, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用 73

一句话总结

本文在最小超引力（mSUGRA）框架下，利用改进的截面估算和背景建模，评估了升级版费米实验室对撞机发现超对称粒子的潜力。在30 fb⁻¹亮度下，若其质量低于200–250 GeV，可发现χ±（带电超partner）和χ⁰（中性超partner）；第一代和第二代标量夸克及胶inos可在约400 GeV以下被探测到，凸显了对撞机在弱尺度超对称理论中的显著探测能力。

ABSTRACT

We present an analysis of the discovery reach for supersymmetric particles at the upgraded Tevatron collider, assuming that SUSY breaking results in universal soft breaking parameters at the grand unification scale, and that the lightest supersymmetric particle is stable and neutral. We first present a review of the literature, including the issues of unification, renormalization group evolution of the supersymmetry breaking parameters and the effect of radiative corrections on the effective low energy couplings and masses of the theory. We consider the experimental bounds coming from direct searches and those arising indirectly from precision data, cosmology and the requirement of vacuum stability. The issues of flavor and CP-violation are also addressed. The main subject of this study is to update sparticle production cross sections, make improved estimates of backgrounds, delineate the discovery reach in the supergravity framework, and examine how this might vary when assumptions about universality of soft breaking parameters are relaxed. With 30 fb$^{-1}$ luminosity and one detector, charginos and neutralinos, as well as third generation squarks, can be seen if their masses are not larger than 200-250 GeV, while first and second generation squarks and gluinos can be discovered if their masses do not significantly exceed 400 GeV. We conclude that there are important and exciting physics opportunities at the Tevatron collider, which will be significantly enhanced by continued Tevatron operation beyond the first phase of Run II.

研究动机与目标

• 评估在mSUGRA框架下，升级版费米实验室对撞机对超对称粒子的发现潜力。
• 更新Run II阶段的超粒子产生截面并改进背景估计。
• 评估发现探测能力对软对称性破缺参数统一性假设的依赖性。
• 研究辐射修正、味物理及CP破坏对现象学的影响。
• 探索标准mSUGRA信号之外的其他超对称信号，包括τ轻子和b-夸克喷注通道。

提出的方法

• 在大统一能量标度下采用具有统一软对称性破缺参数的mSUGRA模型。
• 应用跑动方程计算低能区的超粒子质量和耦合常数。
• 通过详细的蒙特卡罗模拟研究超粒子的产生与衰变过程，包含QCD和电弱修正。
• 对关键末态（如同号双轻子、三轻子和τ喷注）实施改进的背景估计。
• 在多个末态中采用3σ灵敏度标准评估信号显著性。
• 考虑来自精确电弱数据、宇宙学、真空稳定性及味改变过程的约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 在mSUGRA框架下，30 fb⁻¹亮度时，对撞机对带电超partner和中性超partner的发现探测能力如何？
• RQ2 第三代标量夸克（顶夸克和底夸克的超伴子）的探测能力如何依赖于其衰变模式与质量？
• RQ3 若放松软对称性破缺参数统一性的假设，对撞机对超对称的探测灵敏度将如何变化？
• RQ4 包含τ轻子或b-夸克喷注的新型信号是否可将探测能力扩展至标准通道之外？
• RQ5 当最轻的中性超partner发生强子衰变或衰变为光子时，对撞机探测超对称的局限性是什么？

主要发现

• 在30 fb⁻¹积分亮度下，若质量低于200–250 GeV，可探测到带电超partner和中性超partner。
• 第三代标量夸克（顶夸克和底夸克的超伴子）的探测上限为180–200 GeV（Run IIa）和250 GeV（Run IIb），具体取决于衰变模式。
• 第一代和第二代标量夸克及胶inos的探测上限约为400 GeV。
• 在大tanβ区域，通过软轻子截断的三轻子末态可将m₁/₂探测上限提升至140 GeV（Run IIa）和180 GeV（Run IIb）。
• 当较轻的τ超伴子为右手中性时，τ喷注信号增强，提升喷注识别能力与信号可见性。
• 若最轻的中性超partner发生强子衰变，或级联衰变中的轻子能量过低或缺失，探测能力将显著下降，即使在低质量区域也可能隐藏超对称信号。