[論文レビュー] CompHEP Package with Light Gravitino and Sgoldstinos

Dmitry Gorbunov, A. Semenov|ArXiv.org|Nov 22, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 21被引用数 13

ひとこと要約

本稿では、ゴルドスティノ・スーパーマルチプレットを介した自発的スピン統計対称性の破壊から導かれる、軽いグラビトニと軽いスゴルドスティノを含む超対称モデルを、CompHEPソフトウェアパッケージに拡張した。このモデルは、$1/F$の一次に比例する項において、ゴルドスティノ・スーパーマルチプレットとMSSM場との相互作用を含み、カップリング定数はすべてソフトSUSY破れパラメータと$F$によって完全に決定される。このパッケージにより、1つのオフシェル gravitino や sgoldstino を含む過程の正確な木レベル計算が可能となり、高い精度で既知の結果を再現した。

ABSTRACT

We present a complete description of a new physical model with goldstino supermultiplet for CompHEP software package. The model contains MSSM content supplemented by three new fields: {\it goldstino} -- two component spinor, scalar {\it sgoldstino} and pseudoscalar {\it sgoldstino}. To the leading order in 1/F, where F is the parameter of supersymmetry breaking, and to zero order in MSSM gauge and Yukawa coupling constants, the interactions between the component fields of goldstino supermultiplet and MSSM fields are derived. They correspond to the most attractive for collider studies processes where only one of these {\it new} particles appears in a final state. In this case light gravitino behaves exactly as goldstino. For sgoldstinos, as they are R-even, we include in the package only sgoldstino couplings to goldstino and sgoldstino couplings to SM fields as the most interesting phenomenologically. All new coupling constants between the components of goldstino supermultiplet and MSSM fields are completely determined by the ratios of soft supersymmetry breaking parameters and F. Thus, in addition to the MSSM coupling constants there are three new parameters in the package: the scale of supersymmetry breaking, $\sqrt{F}$, and masses of scalar and pseudoscalar sgoldstinos. The CompHEP notations for the new fields and parameters are presented. The package was successfully tested and all relevant results known in literature have been reproduced with good accuracy. It may be used in order to calculate any tree-level process with one gravitino or sgoldstino on mass shell. Universality of the Lagrangian allows to apply the package in study of phenomenology of any supersymmetric extension of the Standard Model.

研究の動機と目的

• 高エネルギー物理学の計算を目的としたCompHEPソフトウェアパッケージに、軽いグラビトニおよびスゴルドスティノを含む超対称モデルを実装すること。
• MSSM場とゴルドスティノ・スーパーマルチプレットとの有効相互作用を、$1/F$の一次に比例する項において体系的に導出すること。
• 衝突実験の過程において、1つのオフシェルグラビトニまたはスゴルドスティノを含む、衰え率および断面積の正確な木レベル計算を可能にすること。
• 文献に掲載された既知の結果を高い数値的精度で再現することで、実装の妥当性を検証すること。
• 任意の超対称標準模型の拡張において、軽いゴルドスティノに類似した状態を研究するための柔軟なフレームワークを提供すること。

提案手法

• 小規模な$F$-破れスケールの極限において、超重力および超ヒッグス機構を用いて、軽いグラビトニおよびスゴルドスティノの有効ラグランジアンを導出する。
• ゴルドスティノ・スーパーマルチプレットの自由ラグランジアンを構築し、スプリオン法を用いてMSSM場への結合を導出する。
• SM場およびゴルドスティノへのスゴルドスティノの結合を含み、結合定数はMSSMのソフトSUSY破れパラメータおよび$F$に比例する。
• 新たに導入された3つの場（フェルミオンとしてのゴルドスティノ、スカラースゴルドスティノ、およびピアゾンスゴルドスティノ）のCompHEP表記を定義する。
• 新しいパラメータ3つ（$\sqrt{F}$、およびスカラースゴルドスティノとピアゾンスゴルドスティノの質量）を含むモデルを実装する。
• カップリング定数に、ランゲージ群の進化補正を適用するが、現時点のパッケージバージョンには含まれていない。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ゴルドスティノ・スーパーマルチプレットとMSSM場との相互作用は、$1/F$の一次に比例する項において、どのように体系的に導出可能か？
• RQ2 衝突環境下で、1つのオフシェルグラビトニまたはスゴルドスティノを含む主要な木レベル過程は何か？
• RQ3 CompHEPパッケージは、物性物理学的に意味のある結合定数を持つ、軽いグラビトニおよびスゴルドスティノ状態をどのように拡張できるか？
• RQ4 新モデルは、崩壊断面積および断面積に関して、文献に掲載された既知の結果をどの程度正確に再現できるか？
• RQ5 R対称性保存は、このモデルにおけるグラビトニおよびスゴルドスティノ状態の生成および崩壊にどのような影響を及えるか？

主な発見

• CompHEPパッケージは、$F$およびMSSMのソフトSUSY破れパラメータによって完全に決定されるすべての新しい結合を含む、軽いグラビトニおよびスゴルドスティノのモデルを正常に実装した。
• 1つのオフシェルグラビトニまたはスゴルドスティノを含むすべての木レベル崩壊断面積および断面積が、高い精度で再現され、文献に掲載された既知の解析的結果と一致した。
• スゴルドスティノがSM場およびゴルドスティノへの結合は、[9, 10]の結果と照合され、現在のモデルに存在しない追加パラメータを含む項を除き、一致した。
• パッケージはR対称性構造を正しく処理している：グラビトニはR奇で安定（LSP）、一方スゴルドスティノはR偶で、SM粒子（2光子を含む）に崩壊可能である。
• 数値的検証により、パッケージがさまざまなチャンネルにおけるスゴルドスティノ生成を正確に計算していることが確認され、[9, 17]の結果と期待される精度内で一致した。
• 将来的に、CompHEPフレームワークの拡張により、CPおよびフレーバー破れを伴うスゴルドスティノ結合、および超パートナーフィールドとのスゴルドスティノ結合を含めることが可能になる。