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

索

石川 明正( 神戸大学 )

RS1 Model• 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 = Mpl*exp( - )

• ~ 1TeV とすると ~12

hep-th/9905221

Warped Factor Extra Dimension (Bulk)

= 0=

SM Brane

Planck Brane

S1/Z2

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 *

• 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 = 3.83x2 = 7.02x3 = 10.17

GKK Width

KK Tower e+e- GKK

Parameter Space

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

B.C. Allanach, K. Odagiri, M.J. Palmer, M.A. Parker, A. Sabetfakhri and B.R. Webber JHEP 0212:039,2002

14TeV

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 , (a) : qq GKK

Cross Section * BF

k/Mpl, MG[GeV] *B [fb]

0.01, 300 871

0.01, 400 224

0.01, 500 81

0.10, 1000 209

0.10, 1100 122

0.10, 1200 75

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 T 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

mode [fb] events L [fb-1]

GKK 300GeVk/Mpl=0.01

868 15000 17.28

DY>200GeV

1621 14750 9.099

ttbar(No full had)

202860 491007 2.420

WW 788.6 4723 5.989No K-factor

GKK e+e-

Selection1. EF_mu40 でトリガー2. 異電荷 Combined ミューオンペアでそれぞれが pT >50GeV と |

|<2.5 を満たす3. 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• ET / pT < 0.1

4. x-y plane でのミューオン対の角度 , cos() < 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

5. 3 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

Selection/Mode GKK DY ttbar no had WW

Generated 868 fb 1621 fb 202860 fb 789 fb

EF_mu40 821 fb94.7 % (94.7%)

1520 fb93.8 % (93.8%)

61160 fb30.1 % (30.1%)

619 fb78.5 % (78.5 %)

Dimuon (pt & eta) 654 fb79.7 % (75.4%)

1074 fb70.7 % (66.3%)

715 fb 1.17 %(0.352%)

66.8 fb10.8 %(8.47 %)

isolation 645 fb98.6 % (74.3%)

1006 fb93.6 % (62.0%)

598 fb83.7 % (0.294%)

64.1 fb96.0 % (8.13 %)

cos() 620 fb96.2 % (71.5%)

990 fb98.4 % 61.1%)

501 fb83.7 % (0.247%)

58.7 fb91.7 % (7.45 %)

3 Mass Window 300 +- 24 GeV

607 fb97.9% (70.0%)

145 fb20.7 % (8.95%)

33.8 fb 22.8% (0.0167%)

3.51 fb20.8 %(0.445 %)

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 (3 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 5 の発見可能性

Mode GKK DY ttbar WW BG total

cross section after all selection

608 fb 145 fb 33.8 fb 3.51 fb 182.3 fb

ただ、検出器の較正がちゃんとされていると仮定

5 w/ 200/pb

5 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• 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

Gee

G

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

Selection/Mode GKK DY ttbar WW

Generated 868 fb 1621 fb 202860 fb 789 fb

EF_mu40 821 fb(94.7%)

1520 fb(93.8%)

61160 fb(30.1%)

619 fb(78.5%)

• || < 2.5

Graviton

DY

ttbar

WW

Selection/Mode GKK DY ttbar WW

Dimuon (pt & eta) 654 fb79.7 % (75.4%)

1074 fb70.7 % (66.3%)

521 fb 1.50 %(0.480%)

239 fb1.97 %(0.334%)

Isolation• ET / pT < 0.1 in R=0.2 cone

• Muons from heavy flavor jet are reduced.

Graviton DY

ttbar WW

Selection/Mode GKK DY ttbar WW

isolation 645 fb98.6 % (74.3%)

1006 fb93.6 % (62.0%)

439 fb84.2 % (0.404%)

231 fb96.6 % (0.322%)

Angle btw muons in x-y plane• cos() < 0.0

– Muons from heavy graviton tend to back-to-back while muons from ttbar cascade decay do not.

GravitonDY

ttbarWW

Selection/Mode GKK DY ttbar WW

cos() 620 fb96.2 % (71.5%)

990 fb98.4 % 61.1%)

359 fb81.7 % (0.330%)

221 fb95.7 % (0.309%)