Randall Sundrum model に於ける KK Graviton の dimuon 崩壊の探索

Randall Sundrum model に於ける KK Graviton の dimuon 崩壊の探索石川明正 (神戸大学)

hep-th/9905221 RS1 Model SM Brane • 4 + 1 次元 • 余剰次元は半径　　の S1/Z2 orbifold上にコンパクト化 • 2つの3次元空間の膜(Brane)が余剰次元方向に離れて存在 • 片側の SM Brane に標準模型粒子が拘束 • 重力子は余剰次元(Bulk)を伝搬する  KK Graviton • 空間の計量は以下のように書ける • : ミンコフスキー空間の位置 • : 余剰次元の位置 • : 余剰次元の半径 • : 余剰次元の曲率 • 余剰次元の場所によって大きく計量が変わる • Planck Brane では重力は強い • アインシュタイン方程式の解である • 本当のPlank Scale L = Mpl*exp( - p ) •  L ~ 1TeV とすると ~12 Planck Brane S1/Z2 = p = 0 Extra Dimension (Bulk) Warped Factor

Model Parameter と GKKの性質 • 二つのModel Parameters • Coupling : k/Mpl = 0.01 ~ 0.1 • 0.1 :曲率が余剰次元の半径以下 • 最初のKK励起状態の質量 : MG • Mass of KK Graviton • Mn = xn * k/Mpl * L • Narrow Width • 検出器の分解能より狭い xn :1次のベッセル関数の根 x1= 3.83 x2= 7.02 x3= 10.17 Parameter Space KK Tower e+e-  GKK GKK Width JoAnne Hewett, Maria Spiropulu Ann.Rev.Nucl.Part.Sci.52:397-424,2002

KK Gravitonの生成 • 質量が低いところではグルーオンフュージョンが支配的 • xの小さいグルーオンはいっぱいいる • クォーク対消滅は質量の高いところで重要 • Valence クォークの影響 14TeV B.C. Allanach, K. Odagiri, M.J. Palmer, M.A. Parker, A. Sabetfakhri and B.R. Webber JHEP 0212:039,2002

KK Gravitonの崩壊 • 標準模型の粒子にユニバーサルに結合 • 重要な崩壊モードは diphoton(4%) と dilepton(2%). • 崩壊角度 • (a) : gg  GKK  ff, (b) : qq  GKK  ff • (c) : gg  GKK  gg, (a) : qq  GKK  gg

Cross Section * BF

Analysis • 解析はとても簡単で clean な high pT ミューオンを二つ取ってきて mass を組む • それと少し background suppression • Z’ やrTの探索にも使える • この解析で重要なことは以下の理解 • High pT ミューオンの検出効率 • High pT ミューオンの運動量分解能 • (Pt > 100GeV)

Signal と Background サンプル GKK e+e- No K-factor

Selection • EF_mu40 でトリガー • 異電荷 Combined ミューオンペアでそれぞれが pT >50GeV と |h|<2.5 を満たす • Isolation : R=0.2 のコーンの中のカロリーメータの ET sum をミューオンの pTで割った変数で孤立したミューオンを選別 • S ET / pT < 0.1 • x-y plane でのミューオン対の角度, cos(Df) < 0 • シグナルは x-y plane ではほとんど運動量を持たないため back-to-back • 共鳴状態（top, W）の崩壊からのミューオンは小さな角度をもつことがある • 3sの mass window

検出効率と Cross Section • DY が支配的 (irreducible) • ttbar は小さい • WW は無視出来る括弧の中の値は累積検出効率

すべてのカット後の不変質量分布 • 20/pb にスケール • 12 Signal events (3s mass window. 質量分解能 8GeV/c2.) • 3.6 DY events • 0.7 tt events • 0.06 WW events

系統誤差を無視した発見可能性 • 300 GeV GKKは 20pb-1以下で発見可能 • S/sqrt(B) > 5 with 12.3pb-1 (S=7.47, B=2.24) • S > 10 with 16.5pb-1 (S=10.0, B=3.0) • 10TeV, 200/pb で 5sの発見可能性ただ、検出器の較正がちゃんとされていると仮定 5s w/ 200/pb 5s w/ 200/pb

Ecm = 7 TeV だと • Gluon fusion による生成は大きく抑制される • Mx~150GeV とすると10TeVと比較して約半分 7/10

究極的には Gee • 14TeVで数10/fbですべての許されるparameter space で発見可能 • （CMSの図ですいませんが・・・） Ggg Gmm

まとめ • RS模型でのKK Graviton が muon 対に崩壊を探索の研究を行った • 支配的なバックグラウンド事象はDYであるが十分小さい • S/B ~ 3 for MG = 300GeV and Mpl = 0.01 • 質量 300GeV カップリング 0.01 の Graviton は系統誤差を無視すれば20/pb 以下で発見出来る(10TeV)。 • ただし較正された検出器を仮定してるので実際にはそれよりは悪いであろう • 7TeVになると gluon fusion による生成が約半分になる • 14TeVだと数10/fb ですべての parameter space で発見可能 • 最終的には崩壊角からスピンの同定

pT after EF_mu40 • pT > 50GeV Graviton DY ttbar WW

h Graviton • |h| < 2.5 DY ttbar WW

Isolation • S ET / pT < 0.1 in R=0.2 cone • Muons from heavy flavor jet are reduced. Graviton DY ttbar WW

Angle btw muons in x-y plane • cos(Df) < 0.0 • Muons from heavy graviton tend to back-to-back while muons from ttbar cascade decay do not. Graviton DY ttbar WW

Randall Sundrum model に於ける KK Graviton の dimuon 崩壊の探索