[论文解读] Using lepton charge asymmetry to investigate the spin of supersymmetric particles at the LHC

A. J. Barr|arXiv (Cornell University)|May 6, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 32

一句话总结

本文提出利用LHC中不变质量分布的轻子电荷不对称性来确定超对称粒子的自旋。通过分析超粒子衰变中的角分布，该方法揭示了与 squark-anti-squark 生产差异成正比的可测量不对称性。蒙特卡罗模拟显示，观测到的不对称性与自旋-0的selectron和自旋-1/2的neutralino一致，但与两个自旋-0粒子预期的纯相空间衰变不一致。

ABSTRACT

If signals suggesting supersymmetry (SUSY) are discovered at the LHC then it will be vital to measure the spin of the new particles to demonstrate that they are indeed the predicted super-partners. A method is discussed by which the spins of some of the SUSY particles can be investigated. Angular distributions in sparticle decays lead to charge asymmetry in lepton-jet invariant mass distributions. The size of the asymmetry is proportional to the primary production asymmetry between squarks and anti-squarks. Monte Carlo simulations are performed for a particular mSUGRA model point at the LHC, demonstrating that the shape of the resultant asymmetry distributions are consistent with a spin-0 slepton and a spin-half neutralino-two, but are not consistent with the pure phase-space decays one would obtain from both sparticles being scalars.

研究动机与目标

• 开发一种用于确定LHC发现的超对称粒子自旋的方法。
• 解决在观测到SUSY信号时，区分自旋-0与自旋-1/2超粒子的挑战。
• 利用衰变链中的角分布，通过轻子-喷注不变质量中的电荷不对称性提取自旋信息。
• 通过特定mSUGRA模型点的蒙特卡罗模拟验证该方法。

提出的方法

• 该方法依赖于超对称粒子衰变链中的角分布，特别关注轻子-喷注对的不变质量。
• 轻子-喷注不变质量分布中的电荷不对称性源于衰变过程中自旋相关的角关联。
• 该不对称性与初始态中squark与anti-squark之间的主要生产不对称性成正比。
• 针对特定mSUGRA模型点进行蒙特卡罗模拟，以模拟不同自旋假设下的预期分布。
• 将模拟的不对称性形状与若两个超粒子均为自旋-0时预期的纯相空间衰变形状进行比较。
• 分析重点在于区分自旋-0的selectron与自旋-1/2的neutralino-two与两个自旋-0粒子的情形。

实验结果

研究问题

• RQ1 LHC中不变质量分布的轻子电荷不对称性是否可用于推断超对称粒子的自旋？
• RQ2 自旋-0的selectron与自旋-1/2的neutralino-two的电荷不对称性分布形状，与两个自旋-0粒子的情形有何不同？
• RQ3 观测到的不对称性在多大程度上对squark与anti-squark之间的主要生产不对称性敏感？
• RQ4 在特定mSUGRA模型点的蒙特卡罗模拟能否证明观测到的不对称性与混合自旋-0和自旋-1/2超粒子谱的一致性？
• RQ5 观测到的不对称性是否与两个自旋-0超粒子预期的纯相空间衰变分布不一致？

主要发现

• 轻子-喷注不变质量分布的形状表现出与自旋-0的selectron和自旋-1/2的neutralino-two一致的电荷不对称性。
• 该不对称性与squark与anti-squark之间的主要生产不对称性成正比，表明其源于自旋依赖性。
• 模拟的不对称性分布与若两个超粒子均为自旋-0时预期的纯相空间衰变形状不匹配。
• 该方法成功基于衰变产物的角分布区分了自旋-0与自旋-1/2的情形。
• 结果表明，不变质量分布中的电荷不对称性是SUSY模型中自旋确定的可行可观测量。