[論文レビュー] Bosonic decays of stop_2 and sbottom_2

A. Bartl, H. Eberl+6 more|arXiv (Cornell University)|Apr 9, 1998

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 15

ひとこと要約

本稿は、最小超対称標準模型（MSSM）における、より重いトップおよびボトム超クォーク（$ ilde{t}_2$ および $ ilde{b}_2$）のボソン的崩壊モード（ヒッグスおよびゲージボソンへの崩壊）の優位性を調査する。トップおよびボトムのヤヌーク結合定数が大きく、$ ilde{t}$ および $ ilde{b}$ の混合が顕著であるため、MSSMのパrameter空間の広い範囲において、中性ノイ、チルリンォ、グルーギノへの従来のフェルミオン的崩壊よりも、ボソン的崩壊の分岐比が上回る。これは、将来の加速器実験における探索戦略や超対称性パラメータの決定に不可欠な特徴的な運動量的特徴をもたらす。

ABSTRACT

We perform a detailed study of the decays of the heavier top and bottom squarks (stop_2 and sbottom_2) in the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM). We show that the decays into Higgs or gauge bosons can be dominant in a wide range of the model parameters due to the large Yukawa couplings and mixings of stops and sbottoms. Compared to the conventional decays into fermions these bosonic decay modes can have significantly different decay structures and distributions. This could have an important impact on the search for stop_2 and sbottom_2 and the determination of the MSSM parameters at future colliders.

研究の動機と目的

• MSSMにおける $\tilde{t}_2$ および $\tilde{b}_2$ のヒッグスおよびゲージボソンへの分岐比を分析すること。
• 中性ノイ、チルリンォ、グルーギノへの従来のフェルミオン的崩壊よりもボソン的崩壊が優位となる条件を評価すること。
• 将来の加速器における $\tilde{t}_2$ および $\tilde{b}_2$ の検出可能性および運動量再構成に、これらの崩壊が与える影響を評価すること。
• ボソン的崩壊モードとフェルミオン的崩壊モードの間で、崩壊構造およびイベント分布を比較し、超対称性信号の識別を向上させること。

提案手法

• 研究は、MSSMのラグランジアンを用いて、$\tilde{t}$ および $\tilde{b}$ のスクォーク質量行列を計算し、ソフト対称性破れパラメータと混合項を含む。
• MSSMラグランジアンからの一次近似結合を用いて、$\tilde{t}_2$ および $\tilde{b}_2$ のヒッグスおよびゲージボソンへの崩壊断面積を計算する。
• 分岐比は、$\tan\beta$、$M_{\tilde{Q}}$、$A$、$\mu$、$m_A$ といった主要なMSSMパラメータの関数として計算される。
• 重いヒッグス状態の位相空間抑制効果を含み、異なるパラメータ領域での結果を比較する。
• ボソン的崩壊とフェルミオン的崩壊の間で、運動量分布およびイベントトポロジーを対比させ、特徴的な差異を特定する。
• 異なる $M_{\tilde{Q}}$、$\tan\beta$、$m_A$ を持つベンチマークポイントに対して数値結果を提示し、分岐比の優位性を示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MSSMにおいて、$\tilde{t}_2$ および $\tilde{b}_2$ のボソン的崩壊がフェルミオン的崩壊を上回る条件は何か？
• RQ2 大きなヤヌーク結合定数と $\tilde{t}$–$\tilde{b}$ 混合が、$\tilde{t}_2$ および $\tilde{b}_2$ のヒッグスおよびゲージボソンへの分岐比に与える影響は何か？
• RQ3 $\tilde{t}_2$ および $\tilde{b}_2$ のボソンへの崩壊とフェルミオンへの崩壊との間で、特徴的な運動量的およびイベントトポロジー的特徴は何か？
• RQ4 ボソン的崩壊の優位性が、将来の加速器における探索戦略およびパラメータ同定に与える影響は何か？

主な発見

• トップおよびボトムのヤヌーク結合定数が大きく、スクォーク混合が顕著であるため、$\tilde{t}_2$ および $\tilde{b}_2$ の $Z^0$、$h^0$、$H^0$、$A^0$、$W^+$、$H^+$ へのボソン的崩壊は、フェルミオン的崩壊を上回る。
• $M_{\tilde{Q}}=500$ GeV、$\mu=-1000$ GeV、$A=400$ GeV、$\tan\beta=3$ のベンチマークポイントにおいて、$M_{\tilde{Q}}$ の広い範囲でボソン的モードが支配的であり、$\tilde{t}_2 \to \tilde{t}_1 + Z^0$ および $\tilde{t}_2 \to \tilde{b}_i + W^+$ の分岐比は50%を超える。
• $m_A = 250$ GeV の場合、$\tilde{t}_2 \to \tilde{t}_1 + Z^0$ の分岐比は57%に達し、$\tilde{t}_2 \to \tilde{b}_i + H^+$ は39%に達する。
• $H^0$、$A^0$、$H^\pm$ の崩壊が位相空間抑制を受けても、$Z^0$ および $W^\pm$ モードは依然として支配的であり、特に $\tilde{b}_2 \to \tilde{b}_1 + Z^0$ および $\tilde{t}_2 \to \tilde{b}_i + W^+$ チャネルで顕著である。
• $\tilde{t}_1$ や $\tilde{b}_1$ に加えてゲージボソンまたはヒッグスボソンを生成する崩壊チェーンは、$\tilde{t}_2 \to t + \tilde{\chi}^0_i$ や $\tilde{t}_2 \to b + \tilde{\chi}^\pm_j$ の崩壊と比較して、特に欠落エネルギーおよび運動量の分布において顕著な差異を示す。
• これらの結果は、将来の加速器における $\tilde{t}_2$ および $\tilde{b}_2$ 探索のためのモンテカルロシミュレーションに、ボソン的崩壊モードを含める必要があることを示唆しており、シグネチャの誤解や誤ったパラメータ抽出を避けるために不可欠である。