LHC計画ATLAS実験における 超対称性の発見の研究

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1 LHC計画ATLAS実験における 超対称性の発見の研究
東京大学素粒子物理国際研究センター 佐々木貴之、小林富雄、浅井祥仁、田中純一

2 LHC実験 Proton-Proton (pp) Collider 14TeV
2007 :　実験開始 最初はデザインluminosityの1/10の L=1033 cm-2s-1　　1年間で10fb-1 1年目でSUSYの発見を目指す

3 ATLAS検出器 E,P resolution (P ~ 100GeV) m ~ 2% e, g ~ 1.5% Jets ~ 8%
Inner tracking system : Si, TRT, 2T solenoird magnet Liq. Ar EM calorimeter Muon spectrometer : air-core troidal magnet

4 LHCでの物理 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
Process Event rate at 2×1033 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 Higgs (130GeV) 200/h 5×105 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 の重さだけで決まる モデルに強くよらない

6 　　　　　の崩壊

7 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 このトポロジでSUSYを探す High Pt jetsはカラーセクターの情報、low Pt jetsやレプトンはウィークセクターの情報を運ぶ

8 バックグランドの評価 multi jet+missingEtを含むものが主なバックグランド SUSY Min( )=1TeV ｔｔ
～1ｎb W+Njets (W→lν) ～10ｎb Z+Njets (Z→ττ/Z→ νν） ～1ｎｂ QCD(high Pt multijets) ～μb エネルギーのmiss measurementのテールがmissingになる b,cのsemi leptonic decay SUSY Min( )=1TeV ～1pb Min( )=1.5TeV ～100fb Min( )=2TeV ～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

9 バックグランドの生成 これまではPythiaまたはHerwigで評価を行っていた Ｊetをパートンシャワーで作っている
200 400 200 400 パートンシャワー マトリックスエレメント Z+Njets：3番目のジェットのPt分布 これまではPythiaまたはHerwigで評価を行っていた Ｊetをパートンシャワーで作っている パートンシャワーは高いPtの領域で良い近似ではなく、under estimation

10 生成したバックグランド 生成イベント数 Luminosity(fb-1) tt+Njets(WW→lνqq) ～ 3×107 ～100 tt+Njets(WW→lνｌν) ～ 1×107 ～ 100 W+Njets(W→ｌν) ～ 5×106 ～ 50 Z+Njets(Z→ｌｌ) ～ 1×106 Z+Njets(Z→νν) QCD(high Pt multijets) ～ 0.5 QCD以外はマトリックスエレメントでジェット（4,5,6本）の評価を行っている 十分なイベント数を生成 QCDについてはPythiaを用いて、パートンシャワーのみで生成 Ptで4領域（80~150,150~250,250~400,400~） に分けて生成

11 0lepton mode 一年間のルミノシティーの10fb-1を仮定 SUSYのカット 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
M(~q)=1TeV 一年間のルミノシティーの10fb-1を仮定 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 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 カットの最適化の研究が必要 M(~q)=1.5TeV

12 1lepton mode SUSYのカット Z → ννとQCDのバックグランドをコントロール
10fb-1 SUSYのカット 1lepton Missing　Et＞100GeV 4本以上のハードジェットPt>100GeV、Pt>50GeV×３本 Sphericity >0.2 Transverse　mass >100GeV Z → ννとQCDのバックグランドをコントロール SUSYのイベント数が少ないので、SYSYのスケールが軽いときに有効 M(~q)=1TeV M(~q)=1.5TeV

13 まとめと課題 MEを用いてバックグランドの再評価を行っている 1leptonモードが重要
PSを用いて評価したときの数倍に増える 発見もそんなに簡単ではない 1leptonモードが重要 1年でSUSYの発見とIdentificationを目指す カットパラメータの調整 バックグランドを入れてＳＵＳＹのモデルの判定やパラメータの決定

14 ジェットの数 M0が大きくなると、グルイーノが多くできるのでジェットが増える。
少ない M1/2 多い m０ M0が大きくなると、グルイーノが多くできるのでジェットが増える。 第三世代が軽くなり、stopやsbottomを経由するので、ジェットが増える

15 ジェットのPt ジェット数が多くなるほどPtが小さくなる M0　が大きなところでは、　　 　　　　　　　　　が直接生成されるため、低いPtにピークができる。

16 Weak Sector I II Decay to Higgs III IV 2-Body decay chain Decay to W/Z

17 Weak　Sector　２ 2leptonをreconstruct エッジが見える Zのピーク

18 ニューラルネットを用いた判定 Tanβ=10,μ>0,Α=0に固定
m0,m1/2　をメッシュ上にスキャン、学習用のデータとテスト用のデータを作成 ニューラルネットの出力を確率と解釈し、 　　の高い点を、もっともらしい点とする ｍ1/2 それぞれの点ごとに、ニューラルネットを作成 ｍ０

19 ニューラルネットの出力例 Color sector とweak sectorの一致によってmSugraだということがわかる。
M0=800GeV,m1/2=200GeV weak sector Colored sector Color sector とweak sectorの一致によってmSugraだということがわかる。

20 SUSY スピンが1/2異なったパートナーが存在 1TeV付近で対象性の破れ LSPはダークマターの候補