[論文レビュー] CP asymmetries in neutralino production

A. Bartl, H. Fraas+2 more|ArXiv.org|Aug 13, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、500 GeVの $e^+e^-$ 直線衝突機における $e^+e^- \to\tilde{\chi}^0_i\tilde{\chi}^0_j$ とその後続するレプトンの2体崩壊 $\tilde{\chi}^0_i\to\tilde{\ell}\ell_1$ および $\tilde{\ell}\to\tilde{\chi}^0_1\ell_2$ におけるCP対称性の破れを示す三重積の非対称性を調査する。複素数の $M_1$ と $\mu$ を持つ最小限の超対称標準模型（MSSM）を用い、樹形レベルのニュートラリノ生成に起因するCP対称性の破れを調べる2つのT-奇非対称性 $\mathcal{A}_I$ と $\mathcal{A}_{II}$ を特定した。最大で25%に達する非対称性は、$500~\text{fb}^{-1}$ の全断面積で約 $1.5\times10^3$ 件のイベントを用いて測定可能であり、偏光したビームによってその感度が向上する。

ABSTRACT

We study two CP sensitive triple-product asymmetries for neutralino production e+e- o ildeχ^0_i ildeχ^0_j and the subsequent leptonic two-body decays ildeχ^0_i o ilde{l} l of one of the neutralinos and of the slepton ilde{l} o ildeχ^0_1 l at an e+e--linear collider with \sqrt{s} = 500 GeV. We calculate the asymmetries in the Minimal Supersymmetric Standard Model with complex parameters μand M_1. We show that the largest asymmetries are 10% or 25% and estimate the event rates which are necessary to measure the asymmetries. Polarized electron and positron beams can significantly enhance the asymmetries and cross sections. In addition, we show how the two decay leptons can be distinguished by making use of their energy distributions.

研究の動機と目的

• 複素数パラメータを有するMSSMにおけるニュートラリノ対生成および崩壊におけるCP対称性の破れ効果を調査すること。
• ニュートラリノ系における樹形レベルのスピン相関に起因するCP対称性の破れに感受可能な観測可能なT-奇非対称性を同定すること。
• 現実的な全断面積とイベント数を想定した500 GeV $e^+e^-$ 直線衝突機におけるこれらの非対称性の測定可能性を評価すること。
• 全運動量再構成を伴わずに、エネルギー分布を用いて崩壊レプトンを区別し、非対称性測定を可能にする手法を確立すること。

提案手法

• CPT不変性下でCP奇性を示す2つのT-奇三重積観測量 $\mathcal{T}_I = (\vec{p}_{e^-} \times \vec{p}_{\chi_i}) \cdot \vec{p}_{\ell_1}$ および $\mathcal{T}_{II} = (\vec{p}_{e^-} \times \vec{p}_{\ell_2}) \cdot \vec{p}_{\ell_1}$ を定義する。
• 正負の三重積値をとるイベント数の比として非対称性 $\mathcal{A}_I$ および $\mathcal{A}_{II}$ を計算する。
• ニュートラリノおよび sleptron のプロパゲーターに対して幅の小さい近似を適用し、行列要素にスピン相関項を含める。
• イベントごとの解析において、$\ell_1$（$\tilde{\chi}^0_i \to \tilde{\ell}\ell_1$ からのもの）と $\ell_2$（$\tilde{\ell} \to \tilde{\chi}^0_1\ell_2$ からのもの）をエネルギーに基づく識別法を適用する。
• 複素数の $M_1$ と $\mu$ を持つMSSMにおいて数値解析を実施し、$M_2 = 400$ GeV、$|\mu| = 240$ GeV、$\tan\beta = 10$、$m_{\tilde{\ell}_R} = 220$–$221$ GeV を固定する。
• 統計誤差式 $\delta\mathcal{A} \approx \mathcal{A}/\sqrt{N}$ を用いて必要なイベント数を推定し、$N = \mathcal{L} \sigma$ と定義する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複素数の $M_1$ と $\mu$ を持つMSSMにおける $e^+e^- \to \tilde{\chi}^0_i\tilde{\chi}^0_j$ とその後続する2体崩壊において、CP対称性の破れ非対称性の最大値はどの程度か？
• RQ2 全運動量再構成を伴わずに、エネルギー分布を用いて2つの崩壊レプトンを信頼性高く区別できるか？
• RQ3 縦方向偏光ビームおよびMSSMパラメータの選択が、非対称性 $\mathcal{A}_I$ および $\mathcal{A}_{II}$ の大きさにどのように影響を与えるか？
• RQ4 95%信頼水準（S=2）で5%の非対称性を測定するための統合全断面積およびイベント数はどの程度必要か？
• RQ5 slepton崩壊の運動学的性質が、$\mathcal{A}_I$ と比較して $\mathcal{A}_{II}$ におけるCP対称性の破れ効果の抑制にどのように寄与するか？

主な発見

• 非対称性 $\mathcal{A}_I$ の最大値は、複素数の $M_1$ と $\mu$ を持つMSSMにおいて25%に達するが、$\mathcal{A}_{II}$ は最大で10%にとどまる。
• $\mathcal{A}_I$ は $\mathcal{A}_{II}$ よりも顕著に大きく、後者はslepton崩壊における運動学的平均化により約3倍の要因で減少する。
• 95%信頼水準（S=2）で5%の非対称性を測定するには、$500~\text{fb}^{-1}$ の全断面積で少なくとも $1.5 \times 10^3$ 件のイベントが必要である。
• $m_{\tilde{\ell}_R} - m_{\tilde{\chi}^0_1}$ および $m_{\tilde{\chi}^0_2} - m_{\tilde{\ell}_R}$ の質量差が顕著に異なる場合、$\ell_1$ と $\ell_2$ のエネルギー分布は明確に異なるため、イベントごとのレプトン識別が可能になる。
• 電子および陽電子ビームの縦方向偏光は、両非対称性を顕著に増幅させ、CP対称性の破れ位相への感受性を向上させる。
• $\mathcal{A}_I$ と $\mathcal{A}_{II}$ は主に $M_1$ および $\mu$ のCP対称性の破れ位相によって駆動され、$\mathcal{A}_I$ は $\varphi_{M_1}$ により強く感受され、$\mathcal{A}_{II}$ は両位相に類似したが弱まった依存性を示す。