[論文レビュー] Impact of CP phases on the search for top and bottom squarks

A. Bartl, S. Hesselbach+3 more|ArXiv.org|Sep 29, 2004

Marine and Offshore Engineering Studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、MSSMにおける複素CP対称性破れ位相——特に三線形結合 $A_t$, $A_b$, ヒッグスノ中間子質量項 $\mu$、およびU(1)ゲージノ質量 $M_1$ における——が、トップ sneutrino およびボトム sneutrino（$\tilde{t}_{1,2}$, $\tilde{b}_{1,2}$）の崩壊分岐比に顕著に影響することを調査する。シミュレートされた加速器観測量に対する $\chi^2$ 擬合せを用いた分析により、これらの位相を無視するとパラメータ同定に大きな誤差が生じ、特に $A_b$ は位相を含めない限り非常に不正確に制約されると判明し、今後の超対称性探索および加速器における高精度物理学においてCP位相を考慮する必要性が強く示唆される。

ABSTRACT

We study the decays of top squarks (~t_{1,2}) and bottom squarks (~b_{1,2}) in the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) with complex parameters A_t, A_b, mu and M_1. We show that including the corresponding phases strongly affects the branching ratios of ~t_{1,2} and ~b_{1,2} decays in a large domain of the MSSM parameter space. This could have an important impact on the search for ~t_{1,2} and ~b_{1,2} and the determination of the underlying MSSM parameters at future colliders.

研究の動機と目的

• MSSMにおける $A_t$, $A_b$, $\mu$, $M_1$ の複素CP対称性破れ位相が、トップおよびボトム sneutrino の崩壊分岐比に与える影響を調査すること。
• これらの位相が、将来の加速器における $\tilde{t}_{1,2}$ および $\tilde{b}_{1,2}$ の検出可能性および再構築可能性に与える影響を評価すること。
• 質量、断面積、分岐比といった実験観測量から、複素位相を含む基礎MSSMパラメータを正確に同定することが可能かどうかを評価すること。
• 実験的フィットにおいて実数パラメータを仮定すると、位相を無視した場合に著しく大きな $\chi^2$ 値をとることを示し、位相を無視するとモデルの誤同定が生じることを証明すること。

提案手法

• 本研究は、$(\tilde{q}_L, \tilde{q}_R)$ 基底におけるスクォーク質量行列を構築し、複素パラメータ $A_t$, $A_b$, $\mu$, $M_1$ を組み込み、それらを対角化して位相依存の混合角を持つ質量固有状態 $\tilde{q}_1$, $\tilde{q}_2$ を得る。
• $\tilde{t}_{1,2}$ および $\tilde{b}_{1,2}$ の崩壊分岐比を計算し、$t\tilde{g}$, $t\tilde{\chi}^0_i$, $b\tilde{\chi}^+_j$, $\tilde{b}_{1,2}W^+$, $\tilde{b}_{1,2}H^+$ などのモードを含め、複素結合および混合から生じる位相依存幅を考慮する。
• 2つのベンチマークシナリオを定義する：$\tan\beta = 6$ の小さな $\tan\beta$ と $\tan\beta = 30$ の大きな $\tan\beta$ の場合で、それぞれソフト対称性破れ質量、三線形結合、および位相の特定値を設定する。
• 実験的データ（質量、断面積、分岐比）のシミュレーションに $\chi^2$ フィットを適用し、複素位相を含む基礎MSSMパラメータを再構築する。
• TESLA、CLIC、LHCからの予想される実験誤差をフィットに組み込み、再構築されたパラメータを真の入力値と比較して精度を評価する。
• 複素位相を無視した影響を、実数パラメータを仮定したフィットの $\chi^2$ 値と、真の複素パラメータを含むフィットの $\chi^2$ 値を比較することで定量的に評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MSSMにおける $A_t$, $A_b$, $\mu$, $M_1$ の複素位相が、トップおよびボトム sneutrino の崩壊分岐比にどのように影響を与えるか？
• RQ2 質量、断面積、分岐比といった加速器観測量から、複素位相を含む基礎MSSMパラメータをどの程度正確に再構築できるか？
• RQ3 $\chi^2$ フィットにおいて複素位相をゼロと誤って仮定した場合、パラメータ同定にどのような影響が生じるか？
• RQ4 分岐比が位相に敏感である度合いは、$\tan\beta$ にどのように依存するか？
• RQ5 なぜ $A_b$ は位相を無視した場合、特に正確に同定することが難しいのか？

主な発見

• 複素CP対称性破れ位相が $A_t$, $A_b$, $\mu$, $M_1$ に含まれる場合、MSSMパラメータ空間の広い領域において $\tilde{t}_{1,2}$ および $\tilde{b}_{1,2}$ の崩壊分岐比が顕著に変化することが示された。
• $\tan\beta = 6$ の場合、$\tilde{t}_1$ の崩壊分岐比は $M_1$ の位相 $\varphi_1$ にかなり敏感であり、U(1)ゲージノセクターに非自明なCP効果が存在することを示している。
• $\tan\beta$ は、小さな $\tan\beta$ と大きな $\tan\beta$ の両方のシナリオで約3%の相対誤差で同定可能であり、このパラメータに対する高い感受性が示された。
• $A_t$ の実部および虚部は、$\tan\beta$ に依存せず、それぞれ2–3%の誤差で測定可能であり、$A_t$ の同定精度が非常に高いことが示された。
• $A_b$ の同定は著しく精度が低い：$\tan\beta$ が小さい場合、混合および結合の $A_b$ への依存性が弱いため、正確な同定は不可能であり、オーダー・オブ・マグニチュードの推定にとどまる。
• $\chi^2$ フィットにおいて実数パラメータを仮定した場合、$\chi^2$ 値は著しく大きくなる：$\tan\beta=6$ の場合 $\Delta\chi^2 = 286.6$（自由度=61）、$\tan\beta=30$ の場合 $\Delta\chi^2 = 22.5$（自由度=61）であり、位相を無視すると基礎MSSMモデルが著しく誤同定されることを証明している。