[論文レビュー] CP Violating Asymmetries Induced by Supersymmetry

Sebastian M. R. Frank|ArXiv.org|Sep 22, 2009

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

ひとこと要約

本稿は、複素パラメータを有する最小超対称標準模型（MSSM）におけるストップ崩壊におけるCP対称性破れの非対称性を調査する。1ループの放射補正を用い、走行ヤコビ係数を含めた解析により、崩壊断面積非対称性𝛿CPとそのブランチング比との積を計算し、電子電気双極子モーメント（eEDM）の制約を満たす条件下で、それぞれ最大約24%および約3.5%の値を得た。この研究は、LHCにおけるこの非対称性の測定可能性を確認した。

ABSTRACT

In the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) with complex parameters, one-loop corrections to the decay of a stop into a bottom-quark and a chargino can lead to a CP violating decay rate asymmetry. We perform a detailed numerical analysis of this asymmetry and also of the branching ratio of the decay, analyzing the dependence on the parameters and complex phases involved. In addition, we take the Yukawa couplings of the top- and bottom-quark running. We account for the constraints on the parameters coming from the experimental limit of the electric dipole moment of the electron by calculating and thus checking it automatically along the way. We obtain as results that the asymmetry rises up to 24 percent, depending on the point in parameter space. The combined quantity asymmetry times branching ratio reaches up to 3.5 percent. We also comment on the feasibility of measuring this asymmetry at the Large Hadron Collider (LHC) at CERN. It will be possible to measure our decay rate asymmetry at LHC.

研究の動機と目的

• 複素パラメータを有するMSSMにおけるストップ崩壊のCP対称性破れ崩壊断面積非対称性を調査すること。
• 非対称性𝛿CPおよびそのブランチング比との積（𝛿CP×BR）がモデルパラメータおよび複素位相にどのように依存するかを分析すること。
• 電子電気双極子モーメント（eEDM）の実験的上限を考慮し、解析中に自動的にeEDMを計算することで、パラメータ空間を制約すること。
• 予測されたCP非対称性が大型ハドロン衝突型加速器（LHC）で実験的に測定可能かどうかを評価すること。

提案手法

• ストップがボトムクォークとチアリンゴに崩壊する過程におけるCP対称性破れの崩壊断面積非対称性𝛿CPを、公式𝛿CP = [Γ⁺(𝑡̃𝑖 → b 𝑡̃χ⁺ₖ) - Γ⁻(𝑡̃*ᵢ → b̄ 𝑡̃χ⁺cₖ)] / [Γ⁺ + Γ⁻] を用いて計算する。
• 𝑡̃₁ → b 𝑡̃χ⁺₁および𝑡̃₂ → b 𝑡̃χ⁺₁過程について、𝛿CPおよび𝛿CP×BRの詳細な数値解析を実施する。
• トップおよびボトムクォークのヤコビ係数を走行係数として扱い、自己エネルギーおよび頂点補正を含む1ループフェ Feynマン図を用いる。
• 正確な振幅計算のため、Passarino–Veltmanテンソル積分を適用し、特別な積分形式を用いて数値的安定性を確保する。
• チャリンゴ–スネュートリノおよびニュートラリノ–セレクトロンのループから導かれる形因子を用いて、電子電気双極子モーメント（eEDM）を自動的に計算し、パラメータ空間を制約する。
• 結果を既知のeEDMの上限と照合し、パラメータスキャン中にeEDM計算をリアルタイムの整合性チェックとして統合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複素パラメータを有するMSSMにおけるストップ崩壊のCP対称性破れ崩壊断面積非対称性𝛿CPが、最大でどの程度達成可能か。
• RQ2 非対称性とブランチング比の積（𝛿CP×BR）がMSSMパラメータ空間全体でどのように変化するか。
• RQ3 電子電気双極子モーメント（eEDM）からの制約が、大きなCP非対称性を有する有効なパラメータ空間をどの程度制限するか。
• RQ4 ストップ崩壊における予測されたCP非対称性が、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）で実験的に観測可能か。
• RQ5 非対称性およびブランチング比が、MSSMにおける複素位相およびソフト対称性破れパラメータの変化に対してどの程度感受性を示すか。

主な発見

• 複素位相を有するMSSMのパラメータ空間において、CP対称性破れ崩壊断面積非対称性𝛿CPは最大約24%に達する。
• 非対称性とブランチング比の積𝛿CP×BRは最大約3.5%に達し、ブランチング比の抑制と組み合わせることで、実際に測定可能な信号である可能性を示している。
• 解析中に自動的に電子電気双極子モーメント（eEDM）が計算され、実験的上限との整合性を保つ制約として用いられている。
• 大きなCP非対称性を有するパラメータ空間は、eEDMの制約によって顕著に制限されており、フラバーと電気双極子モーメント観測量の間の相関が顕著に現れている。
• 本研究は、CP非対称性𝛿CPが大型ハドロン衝突型加速器（LHC）で測定可能であることを確認した。これにより、標準模型を超える新しい物理の探査手段としての可能性が示された。
• 結果は複素位相およびソフト対称性破れパラメータの選択に敏感であり、最大の非対称性はMSSMパラメータ空間の特定の領域で発現する。