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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
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
ATLAS検出器
E,P resolution
(P ~ 100GeV)
m ~ 2%
e, g ~ 1.5%
Jets ~ 8%
1.
2.
3.
Inner tracking system : Si, TRT, 2T solenoird magnet
Liq. Ar EM calorimeter
Muon spectrometer : air-core troidal magnet
LHCでの物理
Process
QCD(multijets)
Event rate
at 2×1033
HLT Triggered
2007
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
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
LHCでのSUSYの生成


LHCはハドロンコライ
~g~, q~q~, g~q~
g
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の重さだけ
で決まる

モデルに強くよらない
g˜ , q˜ の崩壊
m( g˜ )  m(q˜ )


g˜
m( g˜ )  m(q˜ )
qq B˜ 0 ( 1)
g˜  qq W˜ 0 ( 2)

qq W˜ ( 4)
q˜ L
q˜ R
~0 ~0
B
~ 1
q˜ R  qg˜
g˜  qq˜

tt˜1
g˜  ˜
bb1

q˜ L  qg˜
m( g˜ )  m(q˜ )

qW˜ 0 ( 1)
q˜ L 
qW˜  ( 2)
q˜ R  qB˜ 0
~
~
W 0 ~ ~20 W  ~ ~1

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
~0
LSP（ 1 ）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
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

Min(

～1ｎb
～10ｎb
Z+Njets (Z→ττ/Z→ νν）




W+Njets (W→lν)


SUSY
ｔｔ




～1pb
Min(

g~, q~ )=1.5TeV
～100fb
Min(

g~, q~ )=1TeV
g~, q~ )=2TeV
～10fb
～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
0
0
200
パートンシャワー
200
400
400
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
生成したバックグランド

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
～ 100
Z+Njets(Z→νν)
～
1×106
～ 100
QCD(high Pt multijets)
～
3×107
～ 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


生成イベント数
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
0lepton mode
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



M(~q)=1.5TeV



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
 Pt  missEt
1lepton mode
10fb-1
M(~q)=1TeV

SUSYのカット





M(~q)=1.5TeV


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
 Pt  missEt
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




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
ジェットの数
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
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、
~20 ~1 が直接生成される
ため、低いPtにピークが
できる。
Weak Sector
I
2-Body decay chain
m( ˜ 1 ),m( ˜ 20 )  m(˜  )
~
~1       ~10
II
~
Decay to Higgs
m( ˜ 20 )  m( ˜ 10 )  m(h)
˜ 20  h˜ 10


~20           ~10

Decay to W/Z
m(h)  m  m(W , Z )
~20  Z 0 ~10
˜ 1 W  ˜ 10
~1  W  ~10

3-Body decay m  m(W , Z )
˜ 20  ff˜ 10
III
IV
˜ 1  ff˜ 10


Weak Sector ２

2leptonをreconstruct
エッジが見える
~ 
0
~
2      ~10
 Zのピーク

~20  Z 0 ~10
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、
ｍ1/2
それぞれの
点ごとに、
ニューラル
ネットを作成
log(output)

の高い点を、もっともらしい
点とする
ｍ０
ニューラルネットの出力例
Colored sector

M0=800GeV,m1/2=200GeV
weak sector
Color sector とweak sectorの一致によってmSugraだ
ということがわかる。
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

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