[論文レビュー] Analysis of the Neutralino System in Supersymmetric Theories -- Addendum --

Seong Youl Choi, J. Kalinowski+2 more|ArXiv.org|Feb 5, 2002

Particle Accelerators and Free-Electron Lasers被引用数 18

ひとこと要約

この論文は、最小超対称性標準模型（MSSM）における基本的なゲージノおよびヒッグスノパラメータ—$M_1$, $M_2$, $μ$, および $τan\beta$—が、$e^+e^-$線形衝突機において、CP非保存の状況下でも、軽いチャリノ $ ilde{"] "\chi}^\pm_1$ および2つの軽いニュートラリノ $ ilde{\chi}^0_1$, $ ilde{\chi}^0_2$ のみを用いて完全に再構成可能であることを示している。初期衝突段階の運動論的制限にもかかわらず、質量測定、偏光解析、偏極ビームを用いた $e^+e^- \to \tilde{\chi}^+\tilde{\chi}^-$ および $e^+e^- \to \tilde{\chi}^0_1\tilde{\chi}^0_2$ の微分断面積測定を組み合わせることで、この手法は、すべてのパラメータを一意に特定する。

ABSTRACT

In the preceding reference [CKMZ] we have shown how the fundamental gaugino and higgsino parameters of the chargino and neutralino system in supersymmetric theories can be determined in high--precision experiments at $e^+e^-$ linear colliders. Within the Minimal Supersymmetric Standard Model these parameters can be reconstructed completely even if only the light charginos $ ildeχ^\pm_1$ and the light neutralinos $ ildeχ^0_1$ and $ ildeχ^0_2$ are kinematically accessible in the initial phase of these machines, as demonstrated in this Addendum.

研究の動機と目的

• $e^+e^-$線形衝突機において、軽いチャリノ $\tilde{\chi}^\pm_1$ および2つの軽いニュートラリノ $\tilde{\chi}^0_1$, $\tilde{\chi}^0_2$ のみが運動論的に利用可能である場合に、MSSMにおける基本的なゲージノおよびヒッグスノパラメータが完全に再構成可能かどうかを検証すること。
• CP保存型からCP非保存型MSSMシナリオへ再構成手法を拡張し、複素質量パラメータ $M_1$, $\mu$ および位相 $\Phi_1$, $\Phi_\mu$ を決定すること。
• 偏極ビームを用いた $e^+e^-$衝突におけるチャリノおよびニュートラリノの質量、生成断面積、および $\tilde{\chi}^0_2$ の偏光測定が、$M_1$, $M_2$, $\mu$, および $\tan\beta$ を一意に特定できることを示すこと。
• $\tilde{\chi}^0_2$ の偏光測定を用いて、CP奇数位相における離散的不確かさを解消すること。

提案手法

• チャリノおよびニュートラリノの質量行列を用いたMSSMにおける複素パラメータ $M_1$, $M_2$, $\mu$, および $\tan\beta$ の制約に、$m_{\tilde{\chi}^\pm_1}$, $m_{\tilde{\chi}^0_1}$, および $m_{\tilde{\chi}^0_2}$ の質量測定を用いる。
• 左・右偏光ビームを用いた $e^+e^- \to \tilde{\chi}^+\tilde{\chi}^-$ および $e^+e^- \to \tilde{\chi}^0_1\tilde{\chi}^0_2$ の断面積測定により、$\Re{\rm e}M_1$, $\Im{\rm m}M_1$, および重いチャリノ質量 $m_{\tilde{\chi}^\pm_2}$ を抽出する。
• 質量制約から、$\tilde{\chi}^0_1$ および $\tilde{\chi}^0_2$ の両方の条件を満たす $M_1$ 複素平面における2つの軌跡を、$m_{\tilde{\chi}^\pm_2}$ をパラメータとして構築し、断面積データを用いて一意の交点を選別する。
• $\tilde{\chi}^0_2$ の偏光解析を用いて、$\sin\Phi_\mu$ と $\sin\Phi_1$ 間の離散的CP奇数位相の不確かさを解消し、一意な解を得る。
• 高精度測定に依存し、$\sqrt{s} = 500$ GeV で、統合された光度 $\sim 1\,\text{ab}^{-1}$ および電子ビームの偏光度80%（e$^+$）および60%（e$^-$）を想定する。
• 理論的断面積は、MSSMラグランジアンおよび完全なニュートラリノおよびチャリノ混合行列（複素位相を含む）を用いて計算され、実験データと照合される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MSSMにおいて、軽いチャリノ $\tilde{\chi}^\pm_1$ および2つの軽いニュートラリノ $\tilde{\chi}^0_1$, $\tilde{\chi}^0_2$ のみを用いて、基本的なゲージノおよびヒッグスノパラメータ $M_1$, $M_2$, $\mu$, および $\tan\beta$ を再構成可能か？
• RQ2 位相 $\Phi_1$ および $\Phi\mu$ が非ゼロであるCP非保存MSSMシナリオにおいて、複素パラメータ $M_1$ および $\mu$ をどのように決定できるか？
• RQ3 断面積測定を用いて、$M_1$ パラメータと同時に重いチャリノ質量 $m_{\tilde{\chi}^\pm_2}$ を決定可能か？
• RQ4 $\tilde{\chi}^0_2$ の偏光が、$M_1$ および $\mu$ のCP奇数位相における離散的不確かさの解消に果たす役割は何か？
• RQ5 より重いチャリノまたはニュートラリノ状態へのアクセスを必要とせずに、$M_1$, $M_2$, $\mu$, および $\tan\beta$ の4つのパラメータを一意に決定可能か？

主な発見

• $e^+e^-$衝突機設定において、軽いチャリノ質量 $m_{\tilde{\chi}^\pm_1} = 176.0\,\text{GeV}$ および2つの軽いニュートラリノ質量 $m_{\tilde{\chi}^0_1} = 98.7\,\text{GeV}$, $m_{\tilde{\chi}^0_2} = 176.3\,\text{GeV}$ が高精度で測定された。
• $L$ 偏光断面積として $e^+e^- \to \tilde{\chi}^+\tilde{\chi}^-$ は $679.5\,\text{fb}$、$e^+e^- \to \tilde{\chi}^0_1\tilde{\chi}^0_2$ は $327.9\,\text{fb}$ であり、それぞれ約 $7 \times 10^5$ および約 $3 \times 10^5$ 件のイベントを提供し、高統計的解析が可能となった。
• $R$ 偏光断面積はそれぞれ $1.04\,\text{fb}$ および $16.4\,\text{fb}$ であり、測定値が $m_{\tilde{\chi}^\pm_2}$ の2番目の解を一意に除外し、正しい解 $389.3\,\text{GeV}$ を確認した。
• $L$ および $R$ 断面積の理論的予測と測定値の一致により、$m_{\tilde{\chi}^\pm_2} = 389.3\,\text{GeV}$ の一意な解が確認された。2番目の解（$m_{\tilde{\chi}^\pm_2} \approx 335\,\text{GeV}$）は $\sigma_R$ 測定により除外された。
• この手法により、$\tilde{\chi}^0_2$ の偏光測定を用いて、CP奇数位相の離散的不確かさが解消され、$M_1$, $M_2$, $\mu$, および $\tan\beta$ の一意な決定が保証された。
• CP非保存シナリオ下でも、軽いチャリノおよび2つの軽いニュートラリノのみを用いて、すべての基本的パラメータ $\{M_1, M_2; \mu; \tan\beta\}$ が高精度で再構成された。