[论文解读] Search for charged massive stable particles with the D0 detector

V. M. Abazov|arXiv (Cornell University)|Sep 25, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本研究利用费米实验室 Tevatron 对撞机 D0 探测器获取的 1.1 fb⁻¹ 数据，通过飞行时间测量搜寻带电的重质稳定粒子，识别长寿命的 stau、规范介子型带电奇子（chargino）和希格斯介子型带电奇子。未观测到信号，因此在 95% 置信水平下，对质量介于 60 GeV 至 300 GeV 的 stau，其产生截面的上限范围为 0.31 pb 至 0.04 pb，同时对胶子型带电奇子和希格斯型带电奇子设定了 206 GeV 和 171 GeV 的质量下限。

ABSTRACT

We search for charged massive long-lived particles using 1.1 fb$^{-1}$ of data collected by the D0 detector at the Fermilab Tevatron $p\bar{p}$ Collider. Time-of-flight information is used to search for pair produced long-lived tau sleptons, gaugino-like charginos, and higgsino-like charginos. We find no evidence of a signal and set 95% C.L. cross section upper limits for staus, which vary from 0.31pb to 0.04pb for stau masses between 60 GeV and 300 GeV. We also set lower mass limits of 206 GeV (171 GeV) for pair produced charged gauginos (higgsinos).

研究动机与目标

• 在费米实验室 Tevatron 的质子-反质子对撞中搜寻带电重质长寿命粒子。
• 利用飞行时间测量识别长寿命粒子，如 stau、规范介子型带电奇子和希格斯介子型带电奇子。
• 在 95% 置信水平下设定这些粒子产生截面的上限。
• 基于未观测到信号，建立成对产生带电胶子型带电奇子和希格斯型带电奇子的质量下限。
• 扩展对涉及长寿命带电粒子的超对称模型的约束。

提出的方法

• 利用费米实验室 Tevatron p̄p 对撞机中 D0 探测器收集的 1.1 fb⁻¹ 数据。
• 应用飞行时间信息以区分长寿命带电粒子与即时衰变背景。
• 分析与 stau、规范介子型带电奇子和希格斯介子型带电奇子成对产生一致的事件。
• 实施运动学与时间判据以分离长寿命粒子候选者。
• 使用 95% 置信水平（C.L.）极限进行统计评估，以设定产生截面的上限。
• 通过排除与观测数据一致的信号区域，推导出质量下限。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 60–300 GeV 质量范围内，带电重质长寿命 stau 的产生截面的上限是多少？
• RQ2 基于未观测到信号，可为成对产生的带电胶子型带电奇子和希格斯型带电奇子设定多低的质量下限？
• RQ3 在 D0 探测器中，飞行时间测量在识别长寿命带电粒子方面的有效性如何？
• RQ4 这些结果对包含长寿命带电粒子的超对称模型施加了何种约束？
• RQ5 观测到的极限与 stau 和带电奇子产生的理论预测相比如何？

主要发现

• 在 D0 数据样本中未发现带电重质长寿命粒子的信号证据。
• 在 60 GeV 至 300 GeV 的 stau 质量范围内，stau 产生截面的 95% 置信水平上限范围为 0.31 pb 至 0.04 pb。
• 为成对产生的带电胶子型带电奇子设定了 206 GeV 的质量下限。
• 为成对产生的带电希格斯型带电奇子设定了 171 GeV 的质量下限。
• 结果对包含长寿命带电 stau 和带电奇子的模型施加了约束，尤其在超对称性背景下。
• 飞行时间信息的使用有效抑制了即时衰变背景，提升了对长寿命粒子的探测灵敏度。