Диссертация (1104367), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Было выбраноразбиение интервала 0 . . . 400 ГэВ с шагом 0.5 ГэВ. Таким образом былиполучены четыре различные гистограммы для + , − , + , − , которые71показаны на Рисунке 3.4.0●■20406080100120ΣΔ l, cm106 ●■140●e-■ e+●■●■◆ μ■105 ●●■●■+●■▲ μ●■●■●■●■●■●■●■●104■●■●■●■●■●■●■●■●■●■●■●■●■●■●■●■●■●■●■●■●■●■●■●1000■●■●■●■●■●■●■●■●■●▲■●■●◆▲■●◆■●▲■●▲■●◆■●▲▲▲◆■●◆◆■●◆■●■●▲◆▲◆▲◆◆■●■●▲▲■●■●▲◆▲◆◆■●■●◆◆▲▲◆◆◆■●◆◆■●◆■●■●■●◆◆■●◆◆◆▲◆■●■●◆◆■●▲▲▲ ▲▲▲▲◆▲◆■●■●◆◆■●◆▲◆■●◆■●■●◆◆■●▲▲▲ ▲▲◆■●■●▲▲■●■●▲◆■●◆▲▲▲100▲▲▲▲▲▲▲▲▲■●■●■●▲▲▲ ▲▲▲◆■●■●■●▲■●◆◆◆◆■●▲■●■●■●▲◆▲◆■●▲◆◆▲◆◆■●■●■●■●■●■●▲◆◆◆◆■●■●◆◆◆■●■●■●■●■●◆▲▲◆▲◆▲◆■●■●◆◆◆■●■●■●◆▲◆◆◆■●■●◆ ▲▲◆◆◆■●■●◆▲◆■●◆▲◆■●■●◆■●▲▲■●●■●■●■●■●▲●■●■●◆▲■●◆◆■■●■●■■●■■●●▲◆◆▲ ▲◆▲◆▲▲▲▲▲◆◆■●◆▲■◆◆◆◆▲▲▲◆◆▲▲▲▲◆◆◆◆■■●■■●▲▲▲◆◆◆■●■●▲▲▲●▲▲▲◆◆■●■●▲▲▲▲▲▲▲ ▲◆▲▲▲●●◆▲▲ ▲▲ ▲◆◆▲■●■●■●◆◆◆▲▲▲▲●■●■●■●■ ■◆◆▲■●■●▲▲▲10■●◆●■●■●■●■●■●■■●■●■●■■●●◆◆▲ ▲▲▲◆▲▲◆◆◆●■■●● ●■●●●■●■■■●■●◆◆▲●■■●●●■ ■■●■●■■●■●■●■●●▲● ■■ ■●●●■■■●■●■●■●■● ■●●◆ ◆●■●■●■●■■●■■■■ ■● ■■●●■ ●●●●●●●●●■●■●■●■■■●■■■●●■■●■ ■■■■● ●■●■●■■ ●■■●◆▲1020406080100106105104100010010■■■■ ●■●■●●■●●●●■■●●■●■●■●■●●■●■●■●■●■●■●■●●■●●●■●■●■●■●●●■●■●■●■●■●■■■■●■● 1120140Energy, GeVРис.
3.4. Суммарная длина треков частиц с энергией, лежащей в заданном интервале. Показаны гистограммы, полученные симуляцией 160 000 протонов на мишени.Для ускорения симуляции было наложено условие на импульсы всех частиц > 0.01 ГэВ. В ходе симуляции были сгенерированы ливни от 160 000протонов на мишени.3.5.3. АнализИспользуя описанные выше распределения, мы вычислили число сигнальных событий внутри распадного объема детектора.
Для мезонного канала чис∑︀′ло событий равно = () Br( → ) , где — импульсмезонов, обозначает тип мезонов (например 0 , 0 ), () — число мезоновс заданным 3-импульсом, а Br определен равенствами (3.9), (3.10). Зависящаяот импульса величина определяет ту часть ′ , которая попадет в распадный объем. При этом при вычислении мы учитываем только мезоны, им72пульсы которых удовлетворяют < 0 .
Итоговое число сигнальных событийпоказано на Рисунке 3.3.Мы оцениваем число парафотонов, рожденных распространяющимися ввеществе мишени вторичными электронами, как ≃ ∑︁ (0 ),(3.17)0где — плотность нуклонов в ядре , — определенное в (3.6) дифференциальное сечение, проинтегрированное с учетом геометрических ограничений,а 0 — энергия электронов.Используя это распределение, мы оцениваем число распадов ′ внутридетектора. Относительный вклад парафотонов, рожденных в протонном, лептонном и мезонном каналах, в полное число событий показан на Рисунке 3.5.��������������������������������������-���-��������������������� ����Рис.
3.5. Относительный вклад протонов, мезонов и электронов в полное число событий.Излом в линиях протонов и электронов вызван кинематическим ограничением на массупарафотонов, которые могут быть рождены в распаде пионов.73Как видно, при малых массах доминирует вклад распадов мезонов. Протонноетормозное излучение начинает доминировать при массах парафотона ′ >0 , поскольку более тяжелые парафотоны не могут быть рождены в распадахмезонов в достаточных количествах. На всем интервале масс вклад электроновпренебрежимо мал, и поэтому не учитывается в конечных оценках.Для определения области пространства параметров ′ и , в которойSHiP будет чувствителен к парафотонам, мы принимаем число протонов намишени за время сбора данных равным 1020 , пренебрегаем фоном и применяемстатистику Пуассона, утверждающую, что отсутствие событий при ожидаемыхтрех событиях накладывает ограничение на модель с такими параметрами с95% доверительным интервалом.
Эти ограничения показаны на Рисунке 3.1.Черная пунктирная линия изображает вклад первичных и вторичных протонов, тогда как сплошная черная линия соответствует консервативной оценке,учитывающей дираковский формфактор протона (см. раздел 3.3.1). Мы утверждаем, что в действительности ограничение находится в области между этимидвумя линиями. Как показано в разделе 3.4, время жизни ′ пропорционально −2 , и поэтому верхняя граница области на Рисунке 3.1 соответствует быстрому распаду парафотона.
При значениях , лежащих выше верхней границы,парафотоны распадаются еще в веществе мюонной защиты. Нижняя границаотвечает медленному распаду соответственно.3.6. ОбсуждениеИтак, были получены оценки числа событий, вызванных распадами парафотонов в детекторе SHiP. Была определена область пространства параметровмодели (см.
Рисунок 3.1), в которой ожидается не менее трех распадов парафотонов внутри рабочего объема детектора длиной 50 м для 1020 протонов намишени. Полученные оценки являются консервативными и могут быть улуч74шены при учете: вклада распадов , и других короткоживущих адронов врождение парафотонов; вклада ± и других долгоживущих адронов в рождение парафотонов в процессе тормозного излучения; тормозного излучениякварков. Однако учитывая, что число событий зависит от константы смешивания как 4 , мы не ожидаем существенного изменения полученных нами результатов. Следующим шагом для определения чувствительности эксперимента SHiP должен стать учет реальной геометрии эксперимента, эффективностидетектирования, числа фоновых событий.75Глава 4Поиск легкого нейтралино в эксперименте SHiPСуперсимметричные расширения СМ позволяют решить проблему калибровочной иерархии, связанную с радиационными поправками к массе бозонаХиггса (см.
обзор [95]). Решающую роль при этом играют суперпартнеры частиц СМ, вклад которых сокращает квадратично расходящиеся квантовые поправки к массе скаляра. Естественно ожидать, что некоторые из суперпартнеров могут быть обнаружены на масштабе энергий порядка нескольких ТэВ.Проверка этой гипотезы является одной из основных задач второго запускаLHC.Однако в суперсимметричном мире могут существовать частицы с массой гораздо ниже ТэВ, взаимодействие которых с полями СМ при этом существенно подавлено, благодаря чему они не были обнаружены многочисленнымипоисками суперсимметрии и не могут быть детектированы на LHC.
Такие частицы можно искать на экспериментах с фиксированной мишенью, в которыхмалость их констант связи с полями СМ может быть компенсирована большимчислом протон-протонных или протон-электронных взаимодействий. Недавнобыл предложен новый эксперимент [16, 17], использующий пучок протонов сэнергией 400 ГэВ с ускорителя SPS в ЦЕРНе.В этой работе мы рассматриваем легкое нестабильное нейтралино в суперсимметричных моделях с нарушенной -четностью (см. обзоры [22, 96, 97]).-четность — это дискретная мультипликативная симметрия, которая приписывает фактор = (−1)3++2(4.1)любой частице с барионным числом , лептонным числом и спином .
Всечастицы СМ (включая скаляры расширенного хиггсовского сектора) имеют76 = +1, тогда как их суперпартнеры имеют = −1. Если -четность сохраняется, то суперпартнеры могут рождаться только парами. -четность, такимобразом, гарантирует стабильность легчайшего суперпартнера, который является кандидатом на роль темной материи.Однако нет теоретических оснований для введения -четности (см., например, работы [98, 99]).
К суперпотенциалу Минимального Суперсимметричного расширения СМ (МССМ) могут быть прибавлены слагаемые, нарушающие -четность. Эти слагаемые обеспечивают распад суперпартнеров в частицы СМ (т.е. процессы, которые в МССМ запрещены -четностью), в том числеи распад легчайшего суперпартнера. Последний может быть легчайшим массовым состоянием в секторе нейтральных суперпартнеров, называемым нейтралино. Если нейтралино является достаточно легким, то его поиск может бытьосуществлен в эксперименте SHiP.
В условиях этого эксперимента нейтралино, которые могут рождаться непосредственно в процессе рассеяния протоновна веществе мишени, либо косвенно, в распадах вторичных адронов, будутраспадаться в частицы СМ, демонстрируя сигнатуру, схожую с сигнатуройстерильных нейтрино [28]. Таким образом, для проверки двух этих моделейнеобходимы схожие процедуры анализа данных. Отличия между этими моделями заключаются в различных каналах рождения и распада нейтральныхфермионов, в связи с чем и распределения по импульсам, и относительныевклады конечных состояний ( ± ∓ , + − , и других) не будут одинаковыми.Феноменология легких нейтралино в рамках эксперимента SHiP описанав работе [66].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
