[論文レビュー] Decays of Supersymmetric Particles: the program SUSY-HIT (SUspect-SdecaY-Hdecay-InTerface)

A. Djouadi, Margarete Mühlleitner+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 2006

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ひとこと要約

SUSY-HIT は、MSSM 内の超対称粒子崩壊を高精度で計算するための計算パッケージであり、SLHA 形式を介してスペクトル生成子 SuSpect と崩壊計算器 HDECAY、SDECAY を統合している。これにより、最高の理論的精度で、高次の QCD や電弱補正を含めた、一貫性のあるモデルに依存しない崩壊幅および分岐比の計算が可能となり、LHC や ILC の素粒子物理学的解析に適している。

ABSTRACT

We present the program package SUSY-HIT for the computation of supersymmetric particle decays within the framework of the Minimal Supersymmetric extension of the Standard Model. The code is based on two existing programs HDECAY and SDECAY for the calculation of the decay widths and branching ratios of, respectively, the MSSM Higgs bosons and the SUSY particles, and calls a program for the calculation of the SUSY particle spectrum such as SuSpect. Including all important higher order effects, the package allows the consistent calculation of the MSSM particle spectrum and decays with the presently highest level of precision.

研究の動機と目的

• MSSM 内の超対称粒子崩壊を計算するための自己完結的で高精度なツールを提供すること。
• スぺクトル生成プログラムと崩壊計算プログラムを統合することで、MSSM 粒子スペクトルと崩壊計算の整合性を保証すること。
• LHC や ILC の実験的解析を支援するため、最新の理論的精度で分岐比および崩壊幅を提供すること。
• SuSpect に限定されず、SLHA 形式で出力可能な任意のスぺクトル計算機と連携できる柔軟な運用を可能にすること。
• 2ループ QCD や電弱効果を含む、すべての関連する高次の補正を組み込み、正確な予測を実現すること。

提案手法

• MSSM 粒子の質量と結合定数を、ランゲル・グローバルな発展と放射的電弱対称性の破れを用いて計算する、デフォルトのスぺクトル計算機である SuSpect を統合する。
• HDECAY を用いて、MSSM ヒッグス粒子の崩壊幅および分岐比を計算し、2体崩壊、ループ媒介崩壊、連鎖崩壊に加え、QCD や電弱補正を含む。
• SDECAY を用いて、すべての超対称粒子の崩壊を計算し、オフシェルおよび多体最終状態を含む。MSSM 内で完全な2ループ補正を実装する。
• すべてのモジュールを SLHA 形式で接続し、共通の入力ファイル（slhaspectrum.in）を用いて、モジュール間で粒子の質量と結合定数を一貫させる。
• SDECAY から HDECAY へ重要なパラメータを渡すために、新しい共通ブロック（SUSYHITIN）を導入し、入力処理の一貫性を確保する。
• HDECAY に必要なルーチン（例：ヒッグス自己結合）のみを保持し、コードの肥大化を最小限に抑えつつ、精度を維持するためのコード再構築を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MSSM 粒子崩壊の全スペクトルを、一貫した高次の補正で計算する方法は何か？
• RQ2 2ループ QCD や電弱補正が、超対称粒子およびヒッグス粒子の分岐比に与える影響は何か？
• RQ3 スぺクトル生成子と崩壊計算器のインターフェースを、高精度の素粒子物理学的解析に耐えうる形で標準化・強化するにはどうすればよいか？
• RQ4 SuSpect と HDECAY 間の b クォークの極質量の差異が、崩壊予測に与える影響はどの程度か？
• RQ5 将来の実験的ニーズに対応できる、モジュラーで拡張可能かつ自己完結的なパッケージを、MSSM 崩壊計算用に構築できるか？

主な発見

• SUSY-HIT は、当時利用可能な最高の理論的精度で、2ループ QCD や電弱補正を含めた、MSSM 粒子崩壊の計算を可能にしている。
• このパッケージは、SuSpect からの MSSM スペクトルと、HDECAY や SDECAY からの崩壊計算を一貫して統合し、入力パラメータの不整合を最小限に抑える。
• SLHA 形式の使用により、任意のスぺクトル計算機と互換性があり、非常に柔軟かつ拡張性に富んでいる。
• SuSpect と HDECAY 間の b クォークの極質量差は 3% 未満であり、大多数の素粒子物理学的応用において無視できると判断された。
• HDECAY は now SDECAY 内のサブルーチンとして動作し、インターフェースが簡素化され、コードの肥大化が軽減され、保守性とパフォーマンスが向上した。
• パッケージは自己完結的で高速であり、定期的に更新されており、公開されたウェブページからソースコード、ドキュメンテーション、例題出力が入手可能である。