ATLAS研究会 SUSY＆Missing Et

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1 ATLAS研究会 SUSY＆Missing Et
東京大学素粒子物理国際研究センター 佐々木貴之

2 詳しくは浅井先生のトラペ＆講義ノートをご覧ください
SUSY Spinが1/2違う粒子の存在が予言されている。 詳しくは浅井先生のトラペ＆講義ノートをご覧ください

3 Motivation 力の統一 ダークマター 階層問題 Fine tuning LHCがカバーする領域
GUT Scale（1016GeV）とEW　Scale(102GeV)　の２つのScaleがあるのは不自然 Fine tuning radiative　correctionでHiggsの質量が発散 力の統一 SUSYが数TeV付近にあれば、GUT Scaleで力が統一 ダークマター LSPはダークマターの候補 LHCがカバーする領域

4 SUSYとBackground LHCではSUSYの事象が大量に起こる
Process Event rate at 2×1033 cm-2sec-1 イベント数 L=10fb-1 QCD(multijets) HLT　Triggered 　40Hz 108 W+Jets(W→ｌν) 10Hz Z+Jets(Z→ｌｌ) 1Hz 107 tt 1.6 Hz bb: PT>10GeV 200 KHz (HLT 10Hz) 2×1012 (108 inc. di-m) SUSY（1TeV） 20/h 5×104 LHCではSUSYの事象が大量に起こる その反面、バックグランドも多く、バックグランドをいかに コントロールするかが大切

5 LHCでのSUSYの生成 LHCはハドロンコライダーなので、 が大量に生成される
バーテックスは強い相互作用なので、cross sectionは の質量で主に決まる（パラメータに強くよらない）

6 SUSY粒子の崩壊 軽い粒子へと多段崩壊し複数のジェットを出す LSP（ ）はmissing
SUSYのイベントトポロジーはmultijets+missing Et (+leptons) このトポロジでSUSYを探す 0 lepton mode Leptonが無いモード　　分岐比が多い 1 lepton mode High pt isolated e/μが１つあるモード

7 バックグランドの評価 multijet+missingEt(+leptons)を含むものが主なバックグランド
ｔｔ（wのleptonic decay mode） σ～1ｎb W+Njets (W→lν) σ ～10ｎb Z+Njets (Z→ττ/Z→ νν） σ ～1ｎｂ QCD(high Pt multijets) σ ～μb SUSY Min( )=1TeV σ ～1pb Min( )=1.5TeV σ ～100fb Min( )=2TeV σ ～10fb SUSYのクロスセクションはバックグランドよりも４～６桁小さい

8 バックグランドの生成 Top-pair Highest Pt of the additional jet
ｇ PythiaやHerwigでは PSで生成 Top-pair Highest Pt of the additional jet ｇ ｔ ｇ ｔ パートンシャワー(PS)は高いPtの領域で良い近似ではなく、under estimation マトリックスエレメント(ME)はCollinearやSoftな領域で発散する CollinearやSoftな領域ではPSが良い近似 ME PS Pt(GeV)

9 QCD Background QCDのバックグランドは２種類 Real missing Fake missing
b,cのsemileptonic decay から出るνがmissingをつくる Fake missing Energyのmiss-measurementがmissingを作る QCDはσが大きいので、miss-measurement のテールからの寄与がある D l ν Missing　Et B Real missing η φ Fake missing

10 Matching AlpgenでMEを生成 PythiaでParton showerを追加してcollinearやsoft領域をカバー
Double　Countを除くようにVetoをかける必要がある MEで作ったpartonからR=0.7以上離れているJetがあればVeto Matchingをtt+Njets,W+Njets,Z+Njetsに適用

11 Matching ２ MEで4 jetsを作ったのに、parton showerにより5 jetsになっている
Z+4jetsの例 phi PS ME parton ○ jet Collinearに グルーオンを放出 ME Ptの大きい グルーオンを放出 η MEで4 jetsを作ったのに、parton showerにより5 jetsになっている MEの5jetsとdouble countなのでvetoする

12 0 lepton mode 積算ルミノシティーの10fb-1を仮定 QCDはreal missingのみ SUSYのカット
No lepton Missing　Et＞100GeV 4本以上のハードジェットPt>100GeV、Pt>50GeV×３本 Transverse Sphericity >0.2 バックグランドがパートンシャワーでの評価の数倍になる QQjj Count /400GeV/10fb-1 (GeV) TDR Point 2

13 Jet energy vs. missing Et
High pt jetはSUSYシグナルだけでなくbackgroundからも出るので、 High pt jetでsignalとbackgroundを区別できない。 Missing Etでカットをかければ、backgroundを落とすことができる Pt of leading jet QQjj GeV Missing Et QQjj GeV

14 1 lepton mode SUSYのカット QCD,Z → ννのバックグランドをコントロール Lepton fakeのstudyが必要
Missing　Et＞100GeV 4本以上のハードジェットPt>100GeV、Pt>50GeV×３本 Transverse Sphericity >0.2 Transverse　mass >100GeV QCD,Z → ννのバックグランドをコントロール Lepton fakeのstudyが必要 QQjj Count /400GeV/10fb-1 (GeV)

15 Missing Et Missing EtはSUSYの特徴的なシグナル
→バックグランドとシグナルを区別するために必要不可欠 検出器は完璧ではないので、どうしても測定誤差が出る →QCDはクロスセクションが大きいので、測定誤差のテールがバックグランドに効く 問題点： Resolutionは本当にGaussian？ Resolutionは検出器の場所に依るか？ Resolutionはイベントのトポロジ(Jet数やJetのPt)に依るか？

16 Missing Etのresolution (TDRの値)は
ATLASのmissing Et Missing Etの計算方法 カロリメータのCellのエネルギーweightをかけて足す(Cell base) Muonのエネルギーを足す Missing Etのresolution　(TDRの値)は Missing Et　resolution (A0→ττ)

17 Fake missing Et (Full simulation)
fake Ex distribution を見ると、Non-Gaussian tail がある QCDのσは非常に大きいので、このテールの原因を理解する必要がある QCD sample fake missing Ex ΣEx=200～400GeV Non-Gaussian Tail fake Ex distribution

18 QCD BG Missing Et resolution
Crack領域 Forward領域 Crack barrel Forward barrel missEx miss-measurement (GeV) missEx miss-measurement (GeV) Tile barrel Tile extended barrel LAr forward calorimeter (FCAL) LAr hadronic end-cap (HEC) LAr EM end-cap (EMEC) LAr EM barrel Full Simulationによる評価 Crack領域は、読み出し用のケーブルなど、物質量が多い Forward Caloはradiative hardにするため、resolutionが悪い CrackやForwardにJeｔが飛ぶとσが約2倍 テールが出る可能性がある crack forward

19 Topology dependence 1 Pt of leading Jet ΣEt Z+3jets (Znn)
(GeV) (GeV) Missing EtはΣEｔだけに依存すると思われていたが、rapidityにも依存することが分かった。さらに、Missing Etはイベントのトポロジにも依存するかを見る Z+3jetsとZ+６jetsをΣEｔをそろえて生成。 ジェットの数が違うので、Z+3jetsはハード、Z+6jetsはソフト

20 Topology dependence 2 missEx - missExTruth Tail is somewhat different Z+3jets (Znn) Z+6jets (Znn) GeV fake Ex distribution のヒストグラム( missEx – missExTruth) 同じような形だが、Z+3jetsのほうがテールが大きい。 統計を増やして調査する必要がある。

21 Summery of Contribution from the fake missing Et
No lepton mode SUSY signal Default σ Default σ x 2 Count /400GeV/10fb-1 jjjj BG SUMMERY : There are 3 topics Non-Gaussian Tail Resolution の eta　依存 Topology dependence If resolution become worth by factor 2,BG increase significantly SUSY signal と fake missing BG. QCD BG は無視できない Missing Et resolution は BGに非常に効く。 テールだけではなく、resolutionの研究も重要 (GeV)

22 Total BG 0 lepton mode Count /400GeV/10fb-1 (GeV) QCD real and fake missing. missing Et resolution はdefaultの値で、tail の効果は入っていない。 QCD BG (real + fake missing ) は他のbackgroundと同じオーダー SUSY signal と BGを分けることは難しい。

23 Another SUSY scale 0 lepton mode (GeV) (GeV)

24 まとめと課題 MEによるバックグランドの評価 課題 PSによるBG評価の数倍
0 lepton　modeよりも1 lepton modeのほうがdiscovery potentialが高い Lepton fakeのstudyが重要 課題 Missing Etのresolution、テールの調査 Crack,forward領域 カットパラメータの最適化