R 하드론

R-hadron

R 하드론은 초대칭 입자와 적어도 하나의 쿼크로 이루어진 가상의 입자입니다.

이론.

대부분의 매개변수 공간에서 모든 초대칭 입자는 질량이 너무 떨어져 있어 붕괴 속도가 매우 빠르기 때문에(모든 SUSY 이론에서 R-parity로 안정적인 LSP를 제외하고) 현재 초대칭 이론 중 일부만이 R-하드론의 존재를 예측한다.

R-강입자는 착색(QCD의 의미에서) 초대칭 입자(예를 들어 글루이노 또는 스쿼크)가 일반적인 강입자와 유사하게 일반적인 강입자(쿼크 및 글루온)보다 평균 수명이 길기 때문에 QCD 결합 상태가 일반적인 강입자(쿼크 및 글루온)로 형성될 때 가능하다.

관측 가능한 R-하드론을 예측하는 이론의 한 예는 Split SUSY입니다. 사실, 그 주요 특징은 모든 새로운 보손이 매우 높은 질량 스케일에 있고, 새로운 페르미온만이 TeV 스케일에 있다는 것입니다. ATLAS와 CMS의 LHC 을 통해 접근할 수 있습니다그러한 새로운 페르미온 중 하나는 글루이노이다(스핀 1 보손의 초대칭 파트너인 글루온에 지시된 스핀 1/2).글루이노는 착색되면 다른 착색 입자로만 부패할 수 있다.그러나 R-패리티는 쿼크 및/또는 글루온으로의 직접적인 붕괴를 방지하며, 반면 다른 색상의 초대칭 입자는 스쿼크뿐이며, 이는 스쿼크(스핀 0, 스핀 1/2 쿼크의 파트너)가 분할 SUSY에서 훨씬 더 높은 질량을 갖는다는 것입니다.

이 모든 것은 글루이노의 붕괴가 가상입자, 즉 고질량 스쿼크만을 통과할 수 있다는 것을 의미합니다.평균 붕괴 시간은 중간 가상 입자의 질량에 따라 달라지며, 이 경우 매우 길어질 수 있습니다.이는 붕괴 사슬을 재구성하거나 운동량 불균형을 통해 추론하는 대신 입자 검출기에서 SUSY 입자를 직접 관찰할 수 있는 독특한 기회를 제공한다(LSP의 경우).

SUSY 계열에 속하는 다른 이론에서, 가장 가벼운 스쿼크(일반적으로 정지, 즉 상단 쿼크의 파트너)가 동일한 역할을 할 수 있다.

다음 그림에서 R 하드론은 LHC에서의 pp) 충돌로 생성된 글루이노에서 생성된 것으로 가정하지만 관측 특성은 완전히 일반적입니다.

관찰 기술

  • R 하드론의 수명이 피코초 정도일 경우 추적 검출기의 첫 번째 민감한 층에 도달하기 전에 감소하지만, 특히 ATLAS와 CMS에서 정밀한 정점 검출기 덕분에 2차 정점 기술에 의해 인식될 수 있다(두 실험 모두 픽셀 검출기를 사용한다).이 경우 시그니처는 (R-하드론의 붕괴로부터) 하전 입자이며, 그 궤적은 상호작용 정점에서 온다는 가설과 양립할 수 없다.
  • R 하드론이 검출기를 부분적으로 통과할 수 있는 라이프 타임이 있는 경우, 보다 많은 시그니처를 사용할 수 있습니다.
    • 에너지 손실: 글루이노의 하드론화로 하전된 R 하드론이 생성되면 검출기 재료를 통과할 때 이온화에 의해 에너지가 손실됩니다.비에너지 손실(dE/dx)은 Bethe-Blockh 공식에 따라 입자의 질량과 전하(및 운동량)에 따라 달라지며 하드론과 일반적으로 p pp에서 생성되는 일반 입자의 배경 사이에 현저한 차이가 있습니다.
    • 비행 시간: 글루이노 질량은 TeV의 차수가 될 것으로 예상되기 때문에 R 하드론도 마찬가지입니다.이렇게 질량이 높으면 이 높은 에너지에도 상대적이지 않습니다.LHC에서 일반 입자는 빛의 속도에 근접한 속도를 가지고 있지만, R 하드론의 속도는 상당히 낮을 수 있습니다.ATLAS 또는 CMS와 같은 매우 큰 검출기의 외부 하위 검출기에 도달하는 데 걸리는 시간은 한 pp} 충돌에서 생성된 다른 입자보다 상당히 길어질 수 있습니다.
    • 전하 교환: 앞의 두 가지 기술은 다른 안정적 또는 준안정적 중전하 입자에 적용될 수 있지만, 이것은 R-강입자에 특정되며, 합성 입자이기 때문에 R-강입자가 횡단된 물질과의 핵 상호작용을 통해 하위 구조를 변경할 수 있다는 사실을 이용한다.예를 들어 R 하드론은 검출기의 핵과 쿼크를 교환할 수 있으며, 다운 쿼크와 업 쿼크를 교환할 경우 전하 변화량이 1이 된다.

전형적인 고에너지 실험의 서브 검출기 중 일부는 하전 입자에만 민감하기 때문에 하나의 가능한 징후는 (전하 +1 또는 -1에서 0까지) 같은 궤적을 유지하면서 (대부분의 운동량이 가장 무거운 성분, 즉 슈퍼 심에 의해 전달되기 때문에) 입자가 사라지는 것이다.R 하드론 내부의 미터법 입자).배경이 거의 없는 다른 시그니처는 충전(+1에서 -1로 또는 그 반대)의 완전한 반전입니다.고에너지 충돌기의 거의 모든 추적 검출기는 자기장을 사용하여 곡률로 입자의 전하를 식별할 수 있다. 궤적을 따라 곡률의 변화는 플립퍼(즉, 전하가 뒤집힌 입자)로 명확하게 인식될 것이다.

레퍼런스

  • ATLAS에서 R-하드론의 상호작용
  • Arkani-Hamed, N.; Dimopoulos, S.; Giudice, G.F.; Romanino, A. (2005). "Aspects of Split Supersymmetry". Nuclear Physics B. 709 (1–2): 3–46. arXiv:hep-ph/0409232. Bibcode:2005NuPhB.709....3A. doi:10.1016/j.nuclphysb.2004.12.026. S2CID 16632949.

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