LHCで期待されるSUSY事象のイベントトポロジー（イントロもかねて）
1. 生成過程
2. 崩壊過程
3. イベントトポロジー

1

SUSY粒子の生成過程

陽子は、クォークとグルオンで構成されている。 クォークとグルオンからｔ-chanelで( g˜ g˜ , g˜ q˜ , q˜ q˜ )が、主要な生成過程である。

!
•大きな生成断面積•ただの強い相互作用:
mass以外は SUSY parameterに強く依存しない。
(1) gluinoのcross-section は steep(2) su,sdは比較的緩やか：他のflavourや反squarkは、gluino-like（PDF)s(eff ) = x1 x 214TeV< x >= 0.3 Mass=2TeV
重いと u,d(valence)!

少しでも軽くなると、gluonが効いてきて、( g˜ g˜ , g˜ q˜ , q˜ q˜ ) 生成断面積 at LHC!
!

m(q˜ ) = m(g˜ ) = 0.5TeV

σ~100pbg˜ g˜ がmainm(q˜ ) = m(g˜ ) =1TeV

σ~3pbm(q˜ ) = m(g˜ ) =!2TeV

σ~20fbu˜u˜, u˜d˜ がmain!
g˜ : 2TeV

Ｌが0.1-1fb-1 なので、300-3000個 （1TeV)!
q˜ : 2TeV!
g˜ :1TeVq˜ :1TeV!
!
!

!

mSUGRAだと

m 2 ( g˜ ) = (2.8m1/ 2 ) 2m 2 ( u˜ L ) = m02 + 6.28m1/2 2 + 0.35D
m 2 ( u˜ R ) = m02 + 5.87m1/2 2 + 0.16D
m 2 ( d˜ ) = m 2 + 6.28m 2 " 0.42D
L01/ 2m 2 ( d˜ R ) = m02 + 5.82m1/2 2 " 0.08D

mSUGRA~~m(q) "# m(g)~m(g) = 2.6m1/ 2~m(q) = m02 + ~ 6m1/2 2

m0が小さいと少しだけ軽い。
無茶苦茶軽い squarkはない!
!
AMSB

mSugraと同じような関係
m0が小さいと少しだけ軽いGMSB

m(q) =~2m(g)Nmsfermion mass √Nm!

Nm>>1だと軽いsquarkが出る。に比例、gaugino mass Nmg˜ , q˜ のdecay table

2. 崩壊過程m( g˜ ) < m(q˜ )!

!

!

!

g˜!

q˜ L
q˜ R!

!

m( g˜ ) " m(q˜ )qq B˜ 0 (# 1)
g˜ " qq W˜ 0 (# 2)!
qq W˜ ± (# 4)q˜ L " qg˜!
q˜ R " qg˜!
!

m( g˜ ) > m(q˜ )g˜ " qq˜!
tt˜1
g˜ "
bb˜10
˜qW!q˜ L " (# 1)qW˜ ± (# 2)

q˜ R " qB˜ 0

g˜ , q˜ のdecay table
EW interactionm( g˜ ) < m(q˜ )!

!
!

!

!

g˜q˜ Lq˜ Rm( g˜ ) " m(q˜ )qq B˜ 0 (# 1)
g˜ " qq W˜ 0 (# 2)!
qq W˜ ± (# 4)g˜ " qq˜!
tt˜1
g˜ "bb˜10˜qW! q˜ L " (# 1)qW˜ ± (# 2)q˜ L " qg˜!

q˜ R " qB˜ 0q˜ R " qg˜! Strong interactionm( g˜ ) > m(q˜ )EW interaction!

Massの関係やB,Wとχの関係、第３世代などが、モデル依存が強い!

!

±1"˜ , "˜0
2 の崩壊モードについて

2-Body decay chainm( "˜ 1± ), m( "˜ 20 ) > m( ˜l± )III Decay to Higgsm( "˜ 20 ) # m( "˜ 10 ) > m(h)"˜ 20 # h"˜ 10!
±± 0"˜ 1 # W "˜ 1!

!

"˜ 1± # ˜l±$ # l± "˜ 10$"˜ 20 # ˜l± l m # l± l m "˜ 10!

Decay to W/Zm(h) > "m > m(W , Z )"˜ 20 # Z 0 "˜ 10"˜ 1± # W ± "˜ 10!

IIIIV

3-Body decay "m < m(W , Z )"˜ 20 # ff"˜ 10!

"˜ 1± # ff"˜ 10!

!

これらは基本的にkinematics
Higgsino成分？？
Sfermion propagatorで3body3. 多段のカスケード崩壊が起きる
初めに colored particleが出来て、Chargino/Neutralinoは、カスケード崩壊の途中で出てくる。
最後は、neutralino_1が出てくる。 -> mETを作る

Events topologyとしては、

event topologies of SUSY
multileptons
E/ T + High PT jets + b-jets
τ-jetsHigh Pt jetはcolored sector & おまけはEW sectorの情報を運んでいる!

一般的に可能なイベントトポロジーを整理する
LSP/NLSP

Colored

EW sectors

Njet>=4

Nothing/soft jetg˜ and/q˜ormET
Njet~2SUSY!

!

!

tau (di-tau)

Njet=0photonic

˜
direct "LSP decays intoWithout!

!

Dilepton(OS,SS), 3L

˜No gR/mET

One lepton

Exotic particle

NSLP stable or g˜ LSP

SM Multijet,lepton
Need much Lumi.

Heavy charged track(stau,chargino,R-hadron)
Kink track(stau,chargino)
Neutral (R-hadron) -> mET

一般的に可能なイベントトポロジーを整理する
Colored

LSP/NLSP

ｍET,JetNjet>=4(寺師・山本）g˜ and/q˜ormET
Njet~2
SUSY!

!

!

!

Nothing/soft jet
One lepton

Dilepton(OS,SS), 3L
tau (di-tau)

Njet=0photonic

˜
direct "LSP decays intoWithout!

主導的に行っている（片岡・金谷）

˜No gR/mET

BG研究・発見で我々がEW sectors

Exotic particle

NSLP stable or g˜ LSP

SM Multijet,lepton
Need much Lumi.

Heavy charged track(stau,chargino,R-hadron)
Kink track(stau,chargino)
Neutral (R-hadron) -> mET（陣内）mEt があるもののうち、有望なやつ （BGの詳細は次の片岡君）
Njet (highPt)

Additional

Favored scenario

Dominant background processes

No lepton

SUGRA,AMSB,
˜
Split: Heavy q

QCD(light & bb/cc)
Top pairZ(->nunu) and W(->taunu)

One lepton

SUGRA,AMSB,
Split: Heavy q
˜

Top pairW

Dilepton,3L

SUGRA,AMSB,G!
MSB (Nm>1)

OS: tt
SS,3L tt,ZW,ZZ

Tau (ditau)

Large tanβ, GMSB!
(Nm>1)

Top pair, W

γγ

GMSB (Nm~1)

Almost BG Free (top)No lepton

Heavyg˜

QCD(light & bb/cc),Top pairZ(->nunu) and W(->taunu)

One lepton

Heavy

Top pair, W

Dilepton,3L

Directg˜"˜"˜

Nj>=4Nj~2

Nj = 0!
Ditau, 3tau
Photonic!
!
!
!

DirectLarge tanβ
Direct
GMSB"˜

WW,WZ,ZZ

LHC
自然なWZ main for 3L

Squarkdominate
LEP,
Tevatron
粒子・反粒子コライダー

Backup4.5個のパラメター(mSugra) ：

S=0

S=1/2

S=1/2
S=3/2~ ~ ~charged scalar lepton: e, μ,τ
~ ~ ~scalar neutrino: ν, ν, ν~ ~~ ~ ~scalar quark: ~u, d, c,s, t, b~0Bino : B(M 1 )~ ~Wino : W+-, W0(M2)~gluino: g(M3)~ ~ ~Higgsino: H01, H02, H+- (μ)~
gravitino:Gmo, m1/2, tanβ, A0,sign(μ)(mass @GUT) (VEV) (scalar 3点) (Higgsino mass)
GUT scale(2*1016GeV)で、共通の質量、３点結合
ヒッグスセクターもsfermion, gauginoと同じ

M1：M2 ：M3 =α１： α2： α3 ＝0.4 m1/2 : 0.8 m1/2 : 2.8 m1/2

GUTのスケール自然にマイナスになる。
これが自発的対称性の破れ
ヒッグス機構1TeVくらい同じ量子数を持っている状態は混合し、質量のeigenstate を作る。
これが、Chargino (charged wino + charged higgsino)
Neutralino(bino, neutral wino+ neutral higgsino)

Chargino/ Neutralino
S=1/2

S=1/2

~

m1

Bino : B0~~
Wino : W+-, W0
Higgsino:

~~

m2
~

H01, H02, H+-

μ0%
M10"M Z sin#W cos $M Z sin#W sin$ ( " B˜ %'* $W˜ 0 '0M2
M Z cos#W cos $ "M Z cos #W sin$ * $ ''0'"M Z sin#W cos $ M Z cos #W cos $* $ H˜ 1 '0"µ'* $ H˜ 0 '"µ0& M Z sin#W sin$ "M Z cos #W sin$)# 2&# "˜ 10 &Mass eigenstate % ˜ 0 (%"2 (% "˜ 30 (% !0 ($ "˜ 4 '1.
2.

!

"˜ 10がLSP( Lightest stable particle) -> DM

M1, M2,μ,Mzの大小関係が大切。Mzが小さいとすれ
ば、LSPは、Bino-like(M1が小）、!Wino-like(M2が小), higgsino-like(μが小）。。
ＤＭの性質（結合定数、質量）はこれらの大小関係が鍵となる。

CharginoもM2,μの混合状態でWino-like とhiggsino-like!

その他の粒子の性質
Running effect
結合が強い程太る

共通＠GUT
Mass＠EW

m2 ( g˜ ) = (2.8m1/ 2 )2•Coloured partciles

m2 ( u˜ L ) = m02 + 6.28m1/2 2 + 0.35D
m2 ( u˜ R ) = m02 + 5.87m1/2 2 + 0.16D
m2 ( d˜L ) = m02 + 6.28m1/2 2 " 0.42Dm ( d˜R ) = m + 5.82m
22021/ 2" 0.08D

2202
1/ 2" 0.27Dm ( e˜L ) = m + 0.52m

m2 ( e˜R ) = m02 + 0.15m1/2 2 " 0.23D
m2 (#˜L ) = m02 + 0.52m1/2 2 + 0.50D( D = M cos 2$ < 0( Higgs))
2Z

LとＲ：SU(2)に対する電荷を持っているか否かでfermionも２つに分類される。
それ以外の量子数は同じ。
SU(3)：強い力 一番太る
SU(2) : 少し太る
L>R( g˜ , q˜ )は重い•この関係式は(1),(2)に共通(3)に対しては、m1/2の係数が予言出来なくなる!
•第３世代の ˜ は軽い。
f(Yukawa+LR mixingの効果)
ＤＭとの関係では τが大切
2
22%
m+0.52m+m#m" (A" + µtan$ ) (201/2" #0.27Dm ("˜!
) ='*222m0 + 0.15m1/2 + m" #0.23D)& #m" (A" + µtan$ )tanβが大きいと,τが大切