Uluslararası Lineer Çarpıştırıcı'da (ILC) Ayar Aracı Bozonları ile Süpersimetri Kırılması

Transkript

1 Uluslararası Lineer Çarpıştırıcı'da (ILC) Ayar Aracı Bozonları ile Süpersimetri Kırılması Hale Sert 04 Eylül 2012

2 İÇERİK Giriş Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) ve Uluslararası Lineer Çarpıştırıcı (ILC) LHC ve Tevatron'daki Higgs Araştırmaları Standard Model Ötesi ve Süpersimetri (SUSY) Ayar Aracı Bozonları ile Süpersimetri Kırılması (GMSB) Modeli Minimal GMSB Modeli Higgs Sonuçlarının Etkileri Minimal olmayan GMSB Modeli LHC'deki Higgsino Üretimi / LHC Kabus Senaryosu LHC Kabus Senaryosunun ILC Deneyindeki Uygulaması Sinyal Tesir Kesiti Sinyal Kinematikleri Ölçüm Sonuçları Özet Hale Sert Huup Page 2

3 İÇERİK Giriş Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) ve Uluslararası Lineer Çarpıştırıcı (ILC) LHC ve Tevatron'daki Higgs Araştırmaları Standard Model Ötesi ve Süpersimetri (SUSY) Ayar Aracı Bozonları ile Supersimetri Kırılması (GMSB) Modeli Minimal GMSB Modeli Higgs Sonuçlarının Etkileri Non-mGMSB Modeli LHC'deki Higgsino Üretimi / LHC Kabus Senaryosu LHC Kabus Senaryosunun ILC Deneyindeki Uygulaması Sinyal Tesir Kesiti Sinyal Kinematikleri Ölçüm Sonuçları Özet Hale Sert Huup Page 3

4 Büyük Hadron Çarpıştırıcısı LHC Proton x Proton Çarpıştırıcısı (Kompozit parçacıklar) Dairesel (Hızlandırıcı Çeşidi) Kütle Merkezi Enerjisi s = 14 TeV L 1034 cm 2 sec TeV ve L dt=5 fb Işınlık 8 TeV ve p L dt=6 fb 1 (şu ana kadar) p Hale Sert Huup Page 4

5 Uluslararası Lineer Çarpıştırıcı (12 km) (12 km) 31 km ILC Elektron x Pozitron Çarpıştırıcısı (Nokta Parçaçıklar) e+ Lineer (Hızlandırıcı Çeşidi) Kütle Merkezi Enerjisi s =(92) / GeV s = 1 TeV yükseltilebilir olmalı Işınlık L cm 2 sec 1 Işınların polarizasyonu mümkün ( ) Hale Sert Huup Page 5 e-

6 LHC ve ILC nin karşılaştırılması e+ p pp LHC e- ILC Proton x Proton Çarpıştırıcısı Elektron x Pozitron Çarpıştırıcısı (Kompozit Parçacıklar) (Nokta Parçaçıklar) Kontrol edilemeyen reaksiyon enerjisi (İlk enerjinin belli bir oranı) İyi tanımlanmış reaksiyon enerjisi s = 14 TeV (8 TeV 2012 L 1034 cm 2 sec 1 Dairesel s = 500 GeV 1TeV L cm 2 sec 1 Lineer Sinkrotron Radyosyonu E ~ (E4 /m4 ILC very clean final state Hale Sert Huup Page 6

7 LHC ve ILC nin karşılaştırılması e+ p pp e- LHC ILC Proton x Proton Çarpıştırıcısı Elektron x Pozitron Çarpıştırıcısı (Kompozit Parçacıklar) (Nokta Parçaçıklar) Kontrol edilemeyen reaksiyon enerjisi (İlk enerjinin belli bir oranı) İyi tanımlanmış reaksiyon enerjisi s = 14 TeV (8 TeV 2012 L 1034 cm 2 sec 1 s = 500 GeV 1TeV L cm 2 sec 1 Dairesel Lineer Büyük Ardalan Küçük Ardalan Higgs parçacığı üretimi Sinkrotron Radyosyonu E ~ (E4 /m4 ILC çok temiz son durum LHC: pp H + X ILC: e+ e Z H Z e+ e, H b b Hale Sert Huup Page 7

8 LHC ve Tevatron'daki Higgs Araştırmaları CMS-HIG ATLAS-CONF arxiv: [hep-ex] Hale Sert Huup Page 8

9 Standard Model Ötesi ve Süpersimetri Büyük Birleşim Problemi m2h m2h (100)2 GeV Δm2h Δ m2hs Λ 2 H Karanlık Madde Doğallık scalar S Hiyerarşi Problemi Baryon Asimetrisi CP kırınımı H Δm2h fermion H λs Δm f H λf λf 2 Hf Λ 2 H f Λ Pl 1018 GeV İkinci dereceden Iraksama Hale Sert Huup Page 9

10 Standard Model Ötesi ve Süpersimetri Büyük Birleşim Problemi m2h m2h (100)2 GeV Δm2h Δ m2hs Λ 2 H Karanlık Madde Doğallık scalar S Hiyerarşi Problemi H Baryon Asimetrisi Δm2h CP kırınımı fermion H λs Δm f H λf λf 2 Hf Λ 2 H f Λ Pl 1018 GeV İkinci dereceden Iraksama Süpersimetri Tüm SM parçacıkları spinleri ½ birim farklı süper parçacıklara sahiptir. Standard Parçacıklar Süpersimetrik Parçacıklar Hale Sert Huup Page 10

11 Standard Model Ötesi ve Süpersimetri Büyük Birleşim Problemi m2h m2h (100)2 GeV Δm2h Δ m2hs Λ 2 H Karanlık Madde Doğallık scalar S Hiyerarşi Problemi H Baryon Asimetrisi Δm2h CP kırınımı fermion H λs Δm f H λf λf 2 Hf Λ 2 H f Λ Pl 1018 GeV İkinci dereceden Iraksama Süpersimetri Tüm SM parçacıkları spinleri ½ birim farklı süper parçacıklara sahiptir. Standard Parçacıklar Süpersimetrik Parçacıklar Hale Sert Huup Page 11

12 Süpersimetri Kırılması Henüz hiçbir süper parçaçık gözlenmemiştir. Süpersimetri yumuşak olarak (softly) kırılmalı. Yumuşak olarak -> Hiyerarşi Problemine sebep olmamak için. SUSY kırılma şeması: Saklı Sektör Görülebilir Sektör Aracı Sektör SUSY nin SM parçacıkları kırıldığı sektor SUSY parçacıkları Popüler SUSY kırılması senaryoları msugra GMSB AMSB Bu konuşmada GMSB konusuna değinilecektir. Hale Sert Huup Page 12

13 İÇERİK Giriş Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) ve Uluslararası Lineer Çarpıştırıcı (ILC) LHC ve Tevatron'daki Higgs Araştırmaları Standard Model Ötesi ve Süpersimetri (SUSY) Ayar Aracı Bozonları ile Supersimetri Kırılması (GMSB) Modeli Minimal GMSB Modeli Higgs Sonuçlarının Etkileri Minimal olmayan GMSB Modeli LHC'deki Higgsino Üretimi / LHC Kabus Senaryosu LHC Kabus Senaryosunun ILC Deneyindeki Uygulaması Sinyal Tesir Kesiti Sinyal Kinematikleri Ölçüm Sonuçları Özet Hale Sert Huup Page 13

14 Ayar Aracı Bozonları ile Süpersimetri Kırılması Modeli (GMSB) Saklı Sektör Görülebilir Sektör Aracı Sektör SUSY' nin kırıldığı sektör SM parçacıkları SUSY parçacıkları Ayar Etkileşimleri Yeni skaler parçacıklar ve onların süperparçacıkları, Fermiyonlar Hale Sert Huup Page 14

15 Ayar Aracı Bozonları ile Süpersimetri Kırılması Modeli (GMSB) Saklı Sektör Görülebilir Sektör Aracı Sektör SUSY' nin kırıldığı sektör SM parçacıkları SUSY parçacıkları Ayar Etkileşimleri Yeni skaler parçacıklar ve onların süperparçacıkları, Fermiyonlar Süperçoklu Süperçokluların sayısı N mess Hale Sert Huup Page 15

16 Ayar Aracı Bozonları ile Süpersimetri Kırılması Modeli (GMSB) Saklı Sektör Görülebilir Sektör Aracı Sektör SUSY' nin kırıldığı sektör SM parçacıkları SUSY parçacıkları Ayar Etkileşimleri Yeni skaler parçacıklar ve onların süperparçacıkları, Fermiyonlar Süperçoklu + Ardalan Alanı (Süperalan) S = S + 2 θ ψ S + θ 2 F S Süperçokluların sayısı N mess Hale Sert Huup Page 16

17 Ayar Aracı Bozonları ile Süpersimetri Kırılması Modeli (GMSB) Saklı Sektör Görülebilir Sektör Aracı Sektör SUSY' nin kırıldığı sektör Ayar Etkileşimleri Yeni skaler parçacıklar ve onların süperparçacıkları, Fermiyonlar SUSY Kırılma Skalası Λ Λ 0 ise SM parçacıkları SUSY parçacıkları VE V SUSY kırılır + Ardalan Alanı (Süperalan) S = S + 2 θ ψ S + θ 2 F S V VE Süperçoklu Süperçokluların sayısı N mess Aracı Bozonların Kütle Skalası M mess Hale Sert Huup Page 17

18 Ayar Aracı Bozonları ile Süpersimetri Kırılması Modeli (GMSB) Saklı Sektör Görülebilir Sektör Aracı Sektör SUSY' nin kırıldığı sektör Ayar Etkileşimleri Yeni skaler parçacıklar ve onların süperparçacıkları, Fermiyonlar SUSY Kırılma Skalası Λ Λ 0 ise SM parçacıkları SUSY parçacıkları VE V SUSY kırılır Süperçoklu + Ardalan Alanı (Süperalan) S = S + 2 θ ψ S + θ 2 F S Süperçokluların sayısı N mess V VE Aracı Bozonların Kütle Skalası M mess tan β Higgs VEV değerlerinin oranı sign μ Süper simetrik Higgs kütle parametreleri LSP Gravitino'dur. NLSP En hafif sağ el skalar lepton En hafif nötralino χ 01 γ G Hale Sert Huup Page 18

19 Higgs Sonuçlarının mgmsb Modeline Etkileri A0 0 H. Baer et al. hep-ph: Λ = 1500 TeV & tanβ = 45 mg 10 TeV mt 1 12 TeV μ 4 TeV mgmsb modelde: MultiTeV SUSY parçacıkları Hiyerarşi Problemi Hale Sert Huup Page 19

20 Higgs Sonuçlarının mgmsb Modeline Etkileri A0 0 H. Baer et al. hep-ph: Λ = 1500 TeV & tanβ = 45 mg 10 TeV mt 1 12 TeV μ 4 TeV mgmsb modelde: MultiTeV SUSY parçacıkları Genel veya minimal olmayan GMSB modellerine ihtiyaç var!! Hiyerarşi Problemi Hale Sert Huup Page 20

21 Minimal Olmayan Ayar Aracı Bozonları ile SUSY Kırılımı Minimal GMSB modelden daha çok aracı bozonlarını oluşturan süperçoklu vardır. mgmsb N mess=1 (Aracı Süperçokluların sayısı) Gravitino kütlesi Non-mGMSB N mess=3, N, N, N N Renk üçlü aracı bozon çiftleri 3 N 2 Zayıf ikili aracı çiftleri N 1 ±1 hiperyüke sahip olan aracı bozon çiftleri mgmsb Non-mGMSB m3/2 negligible m3/2 102 GeV μ F. Brummer et al. hep-ph: parametresi mgmsb μ parametresi küçük veya sıfırdır μ 0 Non-mGMSB μ Gravitasyon aracı bozonları tarafından indüklenir. μ m3/2 Hale Sert Huup Page 21

22 Minimal Olmayan GMSB modelin Fenomenolojisi Yüksek Boyutlu GUT teorilerinde karma ayar ve gravitasyon aracılığı ile simetri kırılması Gauginolar ve skaler parçacıklar, kırınım kütlelerini aracı bozonları etkileşiminden alır Diğer yumuşak kırınım terimler ve Higgsino kütlesi gravitasyon etkileşiminden alır Örnek: 3 hafif Higgsino 2 nötralino ve 1 chargino Bu parçacıklar dejeneredirler. Doğal kütleleri GeV Hale Sert Huup Page 22

23 LHC'de Higgsino Üretimi A.Arbey et al. hep-ph: v3 Higgsinoların bozunma sinyallerini SM ardalanından ayırt etmek çok zordur. LHC kabus senaryosu Bu durum lineer bir çarpıştırıcıda çok daha iyi gözlemlenebilir. 3 higgsino da üretilebilir. Onların kütleleri ve etkileşimleri doğru bir şekilde üretilebilir. Hale Sert Huup Page 23

24 İÇERİK Giriş Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) ve Uluslararası Lineer Çarpıştırıcı (ILC) LHC ve Tevatron'daki Higgs Araştırmaları Standard Model Ötesi ve Süpersimetri (SUSY) Ayar Aracı Bozonları ile Supersimetri Kırılması (GMSB) Modeli Minimal GMSB Modeli Higgs Sonuçlarının Etkileri Non-mGMSB Modeli LHC'deki Higgsino Üretimi / LHC Kabus Senaryosu LHC Kabus Senaryosunun ILC Deneyindeki Uygulaması Sinyal Tesir Kesiti Sinyal Kinematikleri Ölçüm Süreçleri Özet Hale Sert Huup Page 24

25 Analiz Akışı (Teknik Bilgi) Tesir Kesitleri Spektrum Hesabı Soft SUSY Les Houches Girdi Dosyası Whizard Olay Üretimi (stdhep dosyası) LCTuple LCIO dosyası SGV (Hızlı Simülasyon) Detektör Simülasyonu Analiz Mokka (Tüm Simülasyon) Hale Sert Huup Page 25

26 Simüle Edilmiş Ölçü (Benchmark) Noktası M mess N mess Λ tanβ signμ F 2 Λ 80 TeV N = 3, (N, N, N )=(17, 23, 9) mess Λ = 40 TeV 52 μ=200 GeV GeV H. Baer & J. List hep-ph: F. Brummer et al. hep-ph: Hale Sert Huup Page 26

27 Sinyal Tesir Kesiti Süreçler: Kütle Spektrumu Kütle Merkezi Enerjisi s = 500 GeV Bütünleşmiş Işınlık Tesir Kesiti:, süreçler kinematik olarak erişilebilir, fakat tesir kesitleri çok küçüktür. Polarizasyon bağlılığı da araştırılabilir. Hale Sert Huup Page 27

28 Sinyal Kinematik Süreçler: Kütle Spektrumu Üretici(Monte Carlo) Seviyesi Parçacıklar arası küçük farklar, gözlenemez bir parçacık olduğu için, büyük miktarda kayıp 4-momentum Birkaç düşük enerjili gözlemlenebilir parçacık Hale Sert Huup Page 28

29 Nasıl Gözlemleyebiliriz? Detektörde gözlemek için düşük enerjili parçacıklar var SM ardalan: 2 fotonlu önemli bir kanal Son durumda düşük enerjiye sahip 2 fermiyon (e+e- dan herhangi bir sinyal göremeyiz) Bu yüzden, ilk durum ışıması (ISR) olan süreçleri göz önünde bulundurduk Hale Sert Huup Page 29

30 İki Sürecin Karşılaştırılması Süreçler: Kütle Merkezi Enerjisi Kütle Spektrumu s = 500 GeV Bütünleşmiş Işınlık Tesir Kesitleri: Bu çalışmanın amacı Chargino kütlesi ve chargino ile en hafif nötralino arasındaki kütle farkını ölçmek Hale Sert Huup Page 30

31 Ölçüm Süreci Chargino kütlesini hesaplamak için: Yüksek Enerjili ISR fotonunun recoil kütlesi: Mass durgun frame Sadece signal Üretici Seviyesinde Hale Sert Huup Page 31

32 Ölçüm Süreci Chargino kütlesini hesaplamak için: Yüksek Enerjili ISR fotonunun recoil kütlesi: Mass durgun frame Sadece signal Üretici Seviyesinde Hale Sert Huup Page 32

33 Ölçüm Süreci Kütle Spektrumu Chargino kütlesini hesaplamak için: Yüksek Enerjili ISR fotonunun recoil durgun frame Kütle Farkını Ölçmek için: Bozunma ürünleri ve onların enerjileri kullanılır Bozunma ürünlerini belirlemeliyiz Muhtemel Bozunma Süreç olasılıkları ~18 % ~18 % ~64 % C.-H. Chen et al. hep-ph: Hale Sert Huup Page 33

34 Ölçüm Süreci Yüksek Enerjili ISR fotonunun recoil durgun frame Muhtemel Bozunma Süreç olasılıkları ~18 % ~18 % ~64 % Bozunma ürünlerini charginoların durgun frame ine boost durgun frame Hale Sert Huup Page 34

35 Ölçüm Süreci Yüksek Enerjili ISR fotonunun recoil durgun frame Muhtemel Bozunma Süreç olasılıkları ~18 % ~18 % ~64 % Bozunma ürünlerini charginoların durgun frame ine boost edelim, Example from Carsten Hensel's Thesis Bu çalışmada: En muhtemel bozunma ürünleri hadronlardır. Hale Sert Huup Page 35

36 İÇERİK Giriş Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) ve Uluslararası Lineer Çarpıştırıcı (ILC) LHC ve Tevatron'daki Higgs Araştırmaları Standard Model Ötesi ve Süpersimetri (SUSY) Ayar Aracı Bozonları ile Supersimetri Kırılması (GMSB) Modeli Minimal GMSB Modeli Higgs Sonuçlarının Etkileri Non-mGMSB Modeli LHC'deki Higgsino Üretimi / LHC Kabus Senaryosu LHC Kabus Senaryosunun ILC Deneyindeki Uygulaması Sinyal Tesir Kesiti Sinyal Kinematikleri Ölçüm Sonuçları Özet Hale Sert Huup Page 36

37 Özet mh 125 GeV MGMSB sağlanmıyor. Minimal olmayan GMSB, hafif ve kütle dejenere Higgsinolar vardır. Hafif Higgsinolar LHC için kabus senaryosuna neden olurlar. Bu parçacıklar ILC de ölçülebilirler. Süreç: Ölçülmesi planlanan parametreler: Higgsinoların kütleleri,, Polarize olmuş tesir kesitleri Hedef: Bu parametreleri ne kadar iyi bir şekilde ölçebilceğimizi araştırmak. Hale Sert Huup Page 37

38 Teşekkürler!