ＬＨＣ－ＡＴＬＡＳ実験における重い長寿命中性レプトンの探索

本研究で探索を行う長寿命中性レプトンは比較的長寿命であるため、LHCの陽子・陽子衝突により生成されたのち、ATLAS内部飛跡検出器内を数ミリから数センチ飛んだ後に崩壊することが予想される。ATLAS実験で標準的に用いられる荷電粒子の飛跡再構成では、ビーム衝突点由来の飛跡を想定しているため長寿命粒子由来の飛跡は再構成されない。そのため、本研究ではビーム衝突点から離れた崩壊点由来の飛跡に特化した飛跡再構成を行っている。これまでのところ、LHCでは新物理を発見できておらず、現在は特殊な技法を用いた新物理探索が注目を集めており、その点において重要な研究である。本研究では、ATLAS実験で2016年に取得したデータを用いて長寿命中性レプトンの探索を行った。信号事象はビーム衝突点由来のミューオンと反対電荷のレプトン対からなる、ビーム衝突点から離れた崩壊点である。そのような信号について、背景事象の見積もりを行い、信号領域に含まれる事象数を評価した。信号領域に有意な事象は見られなかったが、先行実験を超える制限を長寿命中性レプトンの質量と標準模型の粒子との結合の強さに対し与えた。これまで、ATLAS実験ではビーム衝突点から離れた崩壊点を用いた研究は幾つかあったが、不変質量が10 GeV以上の崩壊点のみが対象であった。本研究では初めて4 GeVまでの質量の崩壊点の探索を行った。また、これまでの研究では粒子と検出器の物質の相互作用由来の背景事象を避けるために、検出中の物質量の多い領域で生成される崩壊点は取り除いて解析を行っていた。これによって40%以上の感度が失われていたが、本研究では検出器中の物質量の多い領域で再構成される崩壊点について正しく評価を行い、感度を向上させた。

本研究で探索を行う長寿命中性レプトンは比較的長寿命であるため、LHCの陽子・陽子衝突により生成されたのち、ATLAS内部飛跡検出器内を数ミリから数センチ飛んだ後に崩壊することが予想される。ATLAS実験で標準的に用いられる荷電粒子の飛跡再構成では、ビーム衝突点由来の飛跡を想定しているため長寿命粒子由来の飛跡は再構成されない。そのため、本研究ではビーム衝突点から離れた崩壊点由来の飛跡に特化した飛跡再構成を行っている。これまでのところ、LHCでは新物理を発見できておらず、現在は特殊な技法を用いた新物理探索が注目を集めており、その点において重要な研究である。本研究では、ATLAS実験で2016年に取得したデータを用いて長寿命中性レプトンの探索を行った。信号事象はビーム衝突点由来のミューオンと反対電荷のレプトン対からなる、ビーム衝突点から離れた崩壊点である。そのような信号について、背景事象の見積もりを行い、信号領域に含まれる事象数を評価した。信号領域に有意な事象は見られなかったが、先行実験を超える制限を長寿命中性レプトンの質量と標準模型の粒子との結合の強さに対し与えた。これまで、ATLAS実験ではビーム衝突点から離れた崩壊点を用いた研究は幾つかあったが、不変質量が10 GeV以上の崩壊点のみが対象であった。本研究では初めて4 GeVまでの質量の崩壊点の探索を行った。また、これまでの研究では粒子と検出器の物質の相互作用由来の背景事象を避けるために、検出中の物質量の多い領域で生成される崩壊点は取り除いて解析を行っていた。これによって40%以上の感度が失われていたが、本研究では検出器中の物質量の多い領域で再構成される崩壊点について正しく評価を行い、感度を向上させた。