[論文レビュー] CP Violation in SUSY Particle Production and Decay

S. Hesselbach|ArXiv.org|Sep 17, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 11被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、国際線形衝突型加速器（ILC）におけるチャージノおよびニュートラリノの生成と崩壊におけるCP奇性の観測量——特に三重積分対称性および横方向ビーム偏光に基づく対称性——をレビューする。これらの観測量がMSSMパラメータ空間の広い領域で測定可能であることを示しており、超対称性におけるCP違反を明確に検出・定量する、モデルに依存しない強固な手法を提供する。

ABSTRACT

Recent studies about CP violation in the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) with complex parameters are reviewed. In order to unambiguously identify the CP-violating phenomena it is necessary to study CP-odd or T-odd observables. In chargino and neutralino production and decay at the International Linear Collider (ILC) triple product asymmetries and asymmetries defined via transverse beam polarization have been analyzed. It has been found that these asymmetries can be measured at the ILC in a large region of the MSSM parameter space and are thus an important tool to establish CP violation in supersymmetry.

研究の動機と目的

• 複素パラメータを有するMSSMにおいて、CP違反を明確に検出可能なCP奇性の観測量を特定・分析すること。
• ILCにおけるチャージノおよびニュートラリノの生成および崩壊において、三重積分対称性および横方向ビーム偏光に基づく対称性の測定可能性を評価すること。
• これらの対称性が十分な統計的有意性を満たして測定可能なMSSMパラメータ空間の領域を特定すること。
• 三重積分およびビーム偏光に基づくCP奇性対称性の感度を比較し、CP違反位相を探索する能力を評価すること。

提案手法

• 三体崩壊過程 $e^+e^- \to \tilde{\chi}_i + \tilde{\chi}_j \to \tilde{\chi}_i + \tilde{\chi}_1^0 f\bar{f}'$ における運動量およびスピンのT奇性三重積分相関を利用する。
• CP奇性対称性を $A_T = \frac{\sigma(\mathcal{T}_i > 0) - \sigma(\mathcal{T}_i < 0)}{\sigma(\mathcal{T}_i > 0) + \sigma(\mathcal{T}_i < 0)}$ で定義し、ここで $\mathcal{T}_i$ は三重積分相関である。
• 電荷共役過程を用いてCP奇性効果を分離することで、真正のCP対称性を $A_{\text{CP}} = \frac{A_T - \bar{A}_T}{2}$ として構築する。
• 横方向ビーム偏光を用いて、$i\epsilon_{\mu\nu\rho\sigma} t_\pm^\mu p^\nu_i p^\rho_j p^\sigma_k$ を通じて振幅のCP奇性項を生成する。
• ニュートラリノの方位角角度分布を用いて $A_{\text{CP}}(\theta)$ を定義し、統計的有意性を $S = \sqrt{A_{\text{CP}}^2 \sigma \mathcal{L}_{\text{int}}}$ で計算する。
• MCS（モンテカルロシミュレーション）と $S > 5$ を満たすための光度要件を用いて、MSSMパラメータ空間における測定可能領域を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 チャージノおよびニュートラリノの三体崩壊における三重積分対称性は、MSSMにおけるCP違反を明確に探査する有効な指標となるか？
• RQ2 ILCデータの文脈において、CP奇性対称性の統計的有意性は何か？また、MSSMパラメータのどの範囲で測定可能か？
• RQ3 横方向ビーム偏光に基づく対称性は、ニュートラリノ対生成におけるCP違反の検出をどのように向上させるか？
• RQ4 三重積分およびビーム偏光対称性の両方が $S > 5$ を満たすMSSMパラメータ空間の領域はどこか？
• RQ5 異なるCP奇性対称性の感度を、必要な統合光度および信号有意性の観点から比較するとどうなるか？

主な発見

• チャージノおよびニュートラリノの三体崩壊における三重積分対称性は、大きさで最大30%に達し、強いCP違反効果を示している。
• $e^+e^- \to \tilde{\chi}_1^0 + \bar{\chi}_2^0 \to \tilde{\chi}_1^0 + \tilde{\chi}_1^0 \ell^+\ell^-$ において、対称性はMSSMパラメータ空間の広い領域で統計的有意性 $S > 5$ を達成する。
• 横方向ビーム偏光により、ニュートラリノ対生成におけるCP奇性対称性が定義可能である。これはニュートラリノがメジャナ型であるため、振幅に $i\epsilon_{\mu\nu\rho\sigma}$ 項が含まれるからである。
• 横方向ビーム偏光に基づくCP奇性対称性 $A_{\text{CP}}$ は、MSSMパラメータ空間の広い領域で測定可能であり、現実的な光度条件下で $S > 5$ を達成可能である。
• $\sqrt{s} = 500~\text{GeV}$、$|M_1|/M_2 = 5/3\tan^2\theta_W$、$\phi_{M_1} = 0.5\pi$ の条件下では、$S = 5$ を達成するための必要な統合光度は、現実的なILC範囲内に収まる。
• ニュートラリノの二体崩壊を含めることで、CP対称性の測定可能性が向上し、崩壊生成物を含めた場合、生成平面の再構築は不要となる。