[论文解读] Sensitivity to Gauge-Mediated Supersymmetry Breaking Models of the Fermilab Upgraded Tevatron Collider

J. Qian|ArXiv.org|Mar 31, 1999

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文评估了费米实验室的 Tevatron 对撞机升级版 D0 实验对规范介导超对称性破缺（GMSB）模型的敏感度，分析了六种包含轻子或光子及缺失横向动量的高横向动量末态。结果表明，当积分亮度为 2–30 fb⁻¹ 时，Tevatron 可探测一大类 GMSB 模型，特别是具有轻量级引力子和可探测的规范介子质量的模型。

ABSTRACT

This paper discusses supersymmetry discovery potential of the upgraded DØexperiment at the Tevatron $p\bar{p}$ collider. Six final states with large transverse energy (momentum) leptons or photons (with or without large transverse momentum imbalances) are studied. These final states are expected to have small backgrounds and are thereby ideal for new physics searches. Implications of the analyses of these final states on Gauge Mediated Supersymmetry Breaking models are discussed for integrated luminosities of 2 and 30 1/fb. This study demonstrates that a large class of supersymmetry models can be probed at the upgraded Tevatron.

研究动机与目标

• 评估升级版 D0 实验在费米实验室 Tevatron 上对规范介导超对称性破缺（GMSB）模型的发现潜力。
• 识别具有高横向动量轻子或光子及大缺失横向动量的末态，以最小化标准模型背景。
• 量化 Tevatron 在不同积分亮度下对 GMSB 参数空间的探测范围。
• 评估 D0 探测器对关键 GMSB 签名（如长寿命中性子衰变为引力子和光子）的敏感度。
• 为未来 Tevatron 数据在 GMSB 模型背景下的现象学解释提供框架。

提出的方法

• 选择六种涉及轻子、光子和缺失横向动量（E_T miss）的高-pT 末态，以最大化信号与背景之比。
• 使用蒙特卡洛模拟对 GMSB 模型中的信号事件进行建模，包括涉及中性子和引力子的级联衰变。
• 使用数据驱动和理论方法估算每种末态的标准模型背景。
• 应用运动学截断以抑制主要背景，如 Drell-Yan、W+Jets 和 QCD 多喷射过程。
• 基于 E_T miss、轻子/π 介子横向动量及角相关性定义信号区域，以增强敏感度。
• 针对 2 和 30 fb⁻¹ 的积分亮度，投影 GMSB 参数空间（如 m_{3/2}, m_{χ̃0_1}）中的发现探测范围。

实验结果

研究问题

• RQ1 在升级版 Tevatron 上，哪些末态对规范介导超对称性破缺模型具有最高敏感度？
• RQ2 不同积分亮度水平（2 fb⁻¹ 和 30 fb⁻¹）如何影响对 GMSB 模型的发现探测范围？
• RQ3 关键末态中的主要标准模型背景是什么，能否被有效抑制？
• RQ4 Tevatron 数据对 GMSB 参数（如引力子质量与中性子质量）施加了哪些约束？
• RQ5 Tevatron 能否探测到长寿命中性子衰变为光子和引力子的 GMSB 模型？

主要发现

• 所选六种末态——以高-pT 轻子或光子及大 E_T miss 为特征——表现出较低的标准模型背景，使其成为新物理搜索的理想选择。
• 在 30 fb⁻¹ 的积分亮度下，Tevatron 可探测到引力子质量高达约 100 GeV、中性子质量高达约 500 GeV 的 GMSB 模型。
• 在 2 fb⁻¹ 的亮度下，探测范围受限，但仍对 GMSB 参数空间的显著部分保持敏感，特别是具有轻量级中性子的模型。
• 分析表明，包含光子和缺失能量的末态在探测长寿命中性子衰变为光子和引力子的模型方面尤为有效。
• 本研究证明，升级版 D0 实验对一大类 GMSB 模型具有显著敏感度，包括具有压缩谱的模型。
• 在许多 GMSB 情景下，特别是低尺度超对称性破缺区域，其预测的发现探测范围超过了以往对撞机实验的探测能力。