[論文レビュー] Impact of beam polarization on CP asymmetries in neutralino pair production

A. Bartl, H. Fraas+3 more|ArXiv.org|Oct 1, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、500 GeVの線形衝突機における縦方向に偏光した電子および陽電子ビームが、MSSM内での中性ノーパaired生産におけるCP奇対称性の非対称性および断面積をどのように向上させるかを調査する。特定のビーム偏光設定により、非対称性（最大約13％）と断面積（最大約30 fb）が2倍に増加し、μ、M₁、Aτにおける複素位相への感度が顕著に向上することを示している。

ABSTRACT

We analyze the dependence of CP-odd asymmetries on longitudinally polarized e+ and e- beams in neutralino production and subsequent leptonic two-body decays. We give numerical examples of the asymmetries and of the cross sections in the Minimal Supersymmetric Standard Model with complex parameters mu, M_1 and A_{tau} for a collider with sqrt{s}=500 GeV. We show that longitudinally polarized electron and positron beams can enhance considerably both the asymmetries and the cross sections.

研究の動機と目的

• 線形衝突機における偏光e⁺e⁻ビームが中性ノーパaired生産におけるCP奇非対称性に与える影響を評価すること。
• 非対称性A_TおよびA_CPがMSSMパラメータμ、M₁、Aτにおける複素位相にどのように感度を示すかを評価すること。
• ビーム偏光が非対称性と測定可能な断面積の両方を向上させ、CP違反検出の感度を向上させられるかを特定すること。
• 右・左選電子交換項の寄与が偏光依存的効果を決定づける役割を分析すること。

提案手法

• e⁺e⁻ → χ̃₀₁χ̃₀₂の過程とその後の2体レプトン崩壊χ̃₀₂ → ℓ̃_Rℓ₁およびℓ̃_R → χ̃₀₁ℓ₂の数値的解析。A_Tは三重積(p_e⁻ × p_ℓ₂)·p_ℓ₁により定義される。
• χ̃₀₂ → τ̃₁⁺τ⁻のτスピン非対称性A_CP = ½(P₂ - P̄₂)の計算。これはφ_Aτに感受的である。
• μ、M₁、Aτに複素パラメータを含む最小限の超対称標準模型（MSSM）を用い、固定されたtanβ = 5–10およびm₀ = 100 GeVを設定。
• 選電子およびスムーオン質量にRGE（再正則化群方程式）を適用し、|M₁| = (5/3)M₂ tan²θ_Wとする。
• 複数のベンチマークシナリオについて、P_e⁻–P_e⁺偏光平面におけるA_T、A_CPおよび全断面積σの等高線マップを作成。
• 非偏光ビームと偏光ビームの設定を比較し、非対称性および断面積における偏光に起因する増幅を分離する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 縦方向ビーム偏光は、中性ノーパaired生産と崩壊におけるCP奇非対称性A_Tの大きさにどのように影響するか？
• RQ2 ビーム偏光は、e⁺e⁻ → χ̃₀₁χ̃₀₂ → ℓ̃_Rℓ₁ℓ₂過程の断面積をどの程度向上させ得るか？
• RQ3 中性ノーパーがスカラーτに崩壊する場合、τスピン非対称性A_CPはビーム偏光に対してどのように応答するか？
• RQ4 右選電子交換項と左選電子交換項の寄与が、偏光依存的非対称性および断面積を決定づける相互作用は何か？
• RQ5 ビーム偏光は、MSSMにおけるCP違反位相φ_M₁、φ_μ、φ_Aτの検出可能性を顕著に向上させ得るか？

主な発見

• φ_M₁ = 0.2πおよびφ_μ = 0の場合、P_e⁻ = –0.6およびP_e⁺ = 0.8の設定で三重積非対称性A_Tは最大約9％に達し、非偏光ビームと比較して非対称性が2倍以上に増加する。
• 最適偏光（P_e⁻ = –0.6、P_e⁺ = 0.8）条件下で、e⁺e⁻ → χ̃₀₁χ̃₀₂ → ℓ̃_Rℓ₁ℓ₂の断面積は約2倍に増加し、最大約28 fbに達する。
• φ_Aτ = 0.5πおよび|Aτ| = 1500 GeVの条件下で、反対符号のビーム偏光によりτスピン非対称性A_CPは±13.5％に達し、非偏光状態の1％を大きく上回る。
• e⁺e⁻ → χ̃₀₁τ̃₁⁺τ⁻の断面積は、最適偏光条件下で1 fbから30 fbに増加し、極端な状況では約30倍の増幅が観測される。
• 非対称性および断面積の増幅は、負のe⁻および正のe⁺ビーム偏光による右選電子交換項の選択的増幅に起因する。
• 小さな位相（例：φ_M₁ = 0.2π）に対しても、P_e⁻ = –0.6およびP_e⁺ = 0.8の設定でA_CPは–12％に達し、微小CP違反位相への感受性が示される。