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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
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
http://www.icepp.s.u-tokyo.ac.jp/~asai/lhcwg/
Motivation

階層問題


Fine tuning


radiative correctionでHiggsの
質量が発散
力の統一


GUT Scale（1016GeV）とEW
Scale(102GeV) の２つのScale
があるのは不自然
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
SUSYとBackground
Process
QCD(multijets)
Event rate
at 2×1033 cm-2sec-1
HLT Triggered
イベント数
L=10fb-1
108
40Hz
W+Jets(W→ｌν)
10Hz
108
Z+Jets(Z→ｌｌ)
1Hz
107
tt
1.6 Hz
107
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
LHCでのSUSYの生成


~g~, q~q~, g~q~
g
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 g~, q~
の質量で主に決まる（パラメータに強くよらない）
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（ ~10 ）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
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 ～10ｎb
Z+Njets (Z→ττ/Z→ νν）

σ ～1ｎｂ
QCD(high Pt multijets)

SUSY

σ ～μb
Min(



g~, q~ )=1.5TeV
σ ～100fb
Min(

g~, q~ )=1TeV
σ ～1pb
Min(

σ～1ｎb
W+Njets (W→lν)


g~, q~ )=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
バックグランドの生成
ｇ
PythiaやHerwigでは
PSで生成
Top-pair
Highest Pt of the additional jet

ME
PS

Pt(GeV)
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
QCD Background

QCDのバックグランドは２種類
 Real missing

b,cのsemileptonic decay か
ら出るνがmissingをつくる
D
l
ν
Missing Et
B
Real missing

Fake missing


η
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
φ
Fake missing
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
Alpgen
Pythia
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
phi
Matching ２
Z+4jetsの例
PS
Collinearに
グルーオンを放出
ME
 ME parton
○ jet
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
Count /400GeV/10fb-1
0 lepton mode
M ( g~) ~ M (q~) ~ 1TeV

QQjj


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
Meff   Pt  missEt
Pt>100GeV、Pt>50GeV×３
(GeV)
本
 Transverse Sphericity >0.2
TDR

Point 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
Jet energy vs. missing Et
M ( g~) ~ M (q~) ~ 1TeV

Pt of leading jet
QQjj

GeV
M ( g~) ~ M (q~) ~ 1TeV
Missing Et
QQjj
GeV
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
1 lepton mode
M ( g~) ~ M (q~) ~ 1TeV
Count /400GeV/10fb-1

SUSYのカット


QQjj




 Pt  missEt (GeV)

1 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
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
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？
ATLASのmissing Et
Missing Etの計算方法
1.
カロリメータのCellのエネルギーweightをかけて足す(Cell
base)
2.
Muonのエネルギーを足す
Missing Etのresolution (TDRの値)は
  0.46 ET
Missing Et resolution
(A0→ττ)
Fake missing Et (Full
simulation)
QCD sample fake missing Ex
ΣEx=200～400GeV

fake Ex distribution を見る
と、Non-Gaussian tail がある

Non-Gaussian Tail
fake Ex distribution
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 BG
Missing Et resolution
Crack領域
Forward領域
Crack
barrel
Forward
barrel
missEx miss-measurement (GeV)
Tile barrel Tile extended barrel 
missEx miss-measurement (
Full Simulationによる評価

LAr hadronic
end-cap (HEC)
LAr EM end-cap (EMEC)

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
LAr forward calorimeter (FCAL)

LAr EM barrel
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
Topology dependence 1
Pt of leading Jet
ΣEt
Z+3jets (Znn)
Z+6jets (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
Topology dependence 2
missEx - missExTruth
Z+3jets (Znn)
Z+6jets (Znn)
Tail is somewhat
different
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。

Count /400GeV/10fb-1
Summery of Contribution from the
fake missing Et


Non-Gaussian Tail
Resolution の eta 依存
Topology dependence
 Pt  missEt
If resolution become worth by factor 2,BG increase significantly



No lepton mode
SUSY signal
Default σ
Default σ x 2
jjjj BG
SUMMERY : There are 3 topics


M ( g~) ~ M (q~) ~ 1TeV
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)
Total BG
Count /400GeV/10fb-1
0 lepton mode


M ( g~) ~ M (q~) ~ 1TeV
 Pt  missEt (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。
Another SUSY scale
0 lepton mode
 Pt  missEt (GeV)
M ( g~) ~ 1.7TeV , M (q~) ~ 1.5TeV
 Pt  missEt (GeV)
M ( g~) ~ M (q~) ~ 0.7TeV
まとめと課題

MEによるバックグランドの評価


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

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