[論文レビュー] CP Violation in Production and Decay of Supersymmetric Particles

O. Kittel|ArXiv.org|Apr 20, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用数 11

ひとこと要約

本学位論文は、最小超対称標準模型（MSSM）における超対称粒子の生成および崩壊におけるCP対称性の破れを調査し、ラグランジアン内の複素位相を示すプローブとしてT奇およびCP奇の三重積非対称性に焦点を当てる。スピン密度行列形式と運動量再構成を用いて、中性ノーやフェルミオンへのスレプトン、タウ、ゲージボソンへの崩壊といった過程において測定可能なCP非対称性が生じることを示し、LHC や ILC などの衝突型加速器で標準模型を超える新しい物理を検出する有効なシグネチャを提供する。

ABSTRACT

In this thesis we analyze CP violating effects of MSSM phases in production and two-body decays of neutralinos, charginos and sfermions. For different supersymmetric processes we define and calculate CP-odd asymmetries, which base on triple products. We present numerical results for electron-positron collisions at a future linear collider with a center of mass energy of 500-800 GeV, high luminosity and longitudinally polarized beams.

研究の動機と目的

• MSSM 内の超対称粒子生成および崩壊過程におけるCP対称性の破れの信号を特定および定量すること。
• MSSM ラグランジアンのソフト対称性破れ項における複素位相がCP対称性の破れの原因となる役割を調査すること。
• CP奇およびT奇非対称性に感受的な観測量を計算するためにスピン密度行列技術を構築および適用すること。
• 数値シミュレーションを用いて、現実の加速器環境におけるCP対称性の破れ効果の検出可能性を評価すること。
• スレプトン、タウ、Zボソン、Wボソンへの崩壊チャンネルのそれぞれがCP対称性の破れ位相に対してどの程度感受的であるかを評価すること。

提案手法

• 中性ノーやフェルミオンのスピン密度行列に基づく形式的枠組みを用いて、偏極および崩壊運動学を記述する。
• 三つの運動量および最終状態粒子のスピンベクトルを用いて定義されるT奇およびCP奇の三重積非対称性を、CP対称性の破れの感受性の高いプローブとして用いる。
• 明示的なソフト対称性破れ項および複素位相を含むMSSMラグランジアンを用いて、断面積および崩壊幅を導出する。
• 標準的なMSSMパラメータセットおよび加速器エネルギースケール（例：√s = 500 GeV）を用いて、非対称性の数値的評価を行う。
• スピン1/2フェルミオンおよびスピン1ベクトルボソンに対してボーシャ・ミッシェルの公式を適用し、偏極および崩壊分布を計算する。
• 相空間統合技術を用いて、相対論的運動論を用いてレプトンおよびボソン崩壊チャンネルの統合を実装する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中性ノーやフェルミオンの崩壊におけるT奇非対称性は、MSSMにおけるCP対称性の破れを明確に示すシグネチャとして機能するか？
• RQ2 ソフト対称性破れ領域における複素位相は、超対称粒子の偏極および崩壊非対称性にどのように影響を与えるか？
• RQ3 スレプトン、タウ、Z、Wへの崩壊チャンネルのそれぞれがCP対称性の破れ位相に対してどの程度感受的か？
• RQ4 スピン相関および運動量再構成を活用することで、CP非対称性の統計的有意性はどの程度向上するか？
• RQ5 将来の加速器（例：ILC や LHC）で予想されるCP非対称性の数値的大きさはどの程度か？

主な発見

• 偏極したタウへの中性ノーカンディデート崩壊において、測定可能なCP非対称性が生じ、有利なパrameter領域では非対称性の大きさが最大で10％に達する。
• Zボソンへの中性ノーカンディデート生成および崩壊におけるT奇非対称性は、中性ノーカンディデート混合行列内の複素位相に感受的であり、√s = 500 GeV で観測可能な効果を示す。
• Wボソンへのチャージノーカンディデート崩壊は、Wボソンの偏極がMSSMのソフト対称性破れ位相に感受的であるため、顕著なCP対称性の破れ効果を示す。
• スチュー（τ̃₁ → τχ̃₀₂）を含む崩壊チェーンでは非ゼロのT奇非対称性が観測され、第3世代スレプトン崩壊におけるCP対称性の破れ検出の可能性を示唆する。
• 数値的結果から、スフェルミオン崩壊におけるCP非対称性はスフェルミオン質量行列の構造および複素位相の存在に感受的であることが確認された。
• 複数の観測量を組み合わせ、スピン相関を活用することで、CP対称性の破れシグネチャの統計的有意性が向上し、高出力加速器で検出可能であることが示された。