[論文レビュー] Impact of SUSY CP Phases on Stop and Sbottom Decays in the MSSM

A. Bartl, S. Hesselbach+3 more|ArXiv.org|Jun 27, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 26被引用数 12

ひとこと要約

本稿は、MSSMのパラメータ $A_t$, $A_b$, および $\mu$ における複雑なCP対称性の破れ位相が、軽いトップおよびボトム超クォーク（$\tilde{t}_1$, $\tilde{b}_1$）の崩壊分岐比に与える影響を調査する。ランニングクォーク質量と複素ヤコビ係数を用いた木葉の崩壊幅を用いて、特に $\tilde{b}_1 \to H^-\tilde{t}_1$ の分岐比が $\varphi_{A_b}$ に強く依存することを示し、将来の $e^+e^-$ コライダーで $A_t$ と $A_b$ を同定する上で顕著な影響を持つことが明らかになった。

ABSTRACT

We study the decays of top squarks and bottom squarks in the Minimal Supersymmetric Standard Model with complex parameters A_t, A_b and mu. In a large region of the supersymmetric parameter space the branching ratios of stop_1 and sbottom_1 show a pronounced phase dependence. This could have an important impact on the search for stop_1 and sbottom_1 at a future linear collider and on the determination of the supersymmetric parameters.

研究の動機と目的

• 本稿の目的は、MSSMにおける $\tilde{t}_1$ および $\tilde{b}_1$ の崩壊特性に、$A_t$, $A_b$, および $\mu$ の複素位相がどのように影響するかを評価することである。
• CP対称性の破れ位相が $A_t$ と $A_b$ に与える影響はEDMデータによって強く制約されていないため、素粒子物理学的現象に大きな影響を与える可能性があるという課題を扱う。
• 目的は、これらの位相が $e^+e^-$ コライダー実験における分岐比を通じてどのように探査可能かを特定することである。
• 特にチャージドヒッグスボソンを含む崩壊チャネルとの間の位相と崩壊チャネルの相互作用を明確にすることである。
• MSSMにおける $A_t$ および $A_b$ パラメータの決定に、これらの位相効果が及える影響を定量化することである。

提案手法

• 分析は、$A_t$, $A_b$, および $\mu$ の複素ソフト対称性破れパラメータを有するMSSMを用い、ゲージノ質量は実数に保つ。
• 最終状態粒子のオンシェル質量と、ヤコビ係数におけるランニングクォーク質量を用いて、木葉部分崩壊幅を計算する。
• 左-右スクォーク混合は、複素非対角要素を有する $2\times2$ ヘルミート質量行列で記述され、$\varphi_{\tilde{q}} = \arg[A_q - \mu^* \tan^{-2T_q^3}\beta]$ に依存する。これにより位相依存性が導入される。
• 質量固有状態 $\tilde{q}_1$ および $\tilde{q}_2$ は、混合角 $\theta_{\tilde{q}}$ と位相 $\varphi_{\tilde{q}}$ から得られ、$\cos\theta_{\tilde{q}}$ および $\sin\theta_{\tilde{q}}$ は質量行列要素から計算される。
• ベンチマークシナリオとして、$m_{\tilde{b}_1}$ が軽く、$|A_t| = |A_b| = 600$ GeV、$\varphi_\mu = \pi$ とし、$\varphi_{A_t}$ と $\varphi_{A_b}$ を変化させつつ、$B(b \to s\gamma)$ が実験的制限内に収まるようにする。
• 分岐比の依存性を可視化するために、$\varphi_{A_b}$, $\varphi_{A_t}$, および $|A_b|$ に関する等高線図を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複素位相 $A_t$, $A_b$, および $\mu$ が、MSSMにおける $\tilde{t}_1$ および $\tilde{b}_1$ の崩壊分岐比にどのように影響するか？
• RQ2 $\varphi_{A_b}$ が $\tilde{b}_1 \to H^-\tilde{t}_1$ の部分崩壊幅および分岐比にどの程度影響を与えるか？
• RQ3 分岐比の観測量を用いて、$\varphi_{A_t}$ を $|A_t|$ から分離可能か？
• RQ4 $\tilde{b}_1$ の崩壊分岐比は $\varphi_{A_b}$ にどのように依存するか？また、$\tilde{b}_R\tilde{t}_L H^-$ 耦合は果たす役割は何か？
• RQ5 $B(b \to s\gamma)$ の制限が、パrameter spaceにおける $\varphi_{A_t}$ および $\varphi_{A_b}$ の有効領域にどのような制約を課えるか？

主な発見

• $\tilde{b}_1 \to H^-\tilde{t}_1$ の分岐比は $\varphi_{A_b}$ に強く依存し、$0.75\pi < \varphi_{A_b} < 1.75\pi$ の範囲でピークを示す。これは $\tilde{b}_R\tilde{t}_L H^-$ 耦合の位相によるものである。
• 部分崩壊幅 $\Gamma(\tilde{b}_1 \to H^-\tilde{t}_1)$ は主に $\varphi_{A_b}$ に依存する $\tilde{b}_R\tilde{t}_L H^-$ 頂点の位相依存性によって駆動される。
• $\tilde{b}_1 \to \tilde{\chi}^0_{1,2}b$ の分岐比は $\varphi_{A_b}$ に対して僅かに依存する。これは混合行列の位相依存性がほぼ相殺されるためである。
• 全崩壊幅の $\varphi_{A_b}$ 依存性が、$\tilde{b}_1$ 崩壊の分岐比に非自明で測定可能な位相依存性をもたらす。
• 等高線図から、$\varphi_{A_b}$ と $\varphi_{A_t}$ の相関は強く、$\varphi_{A_t} = \pi/4$ のため、対称軸が $\varphi_{A_b} = 1.25\pi$ にずれていることが示され、両位相の相互作用が明らかになった。
• $B(b \to s\gamma) < 2.0 \times 10^{-4}$ を満たすパrameter spaceの領域は小さく、特定の $\varphi_{A_t}$ 値でのみ到達可能であり、これは重要な実験的制約であることが強調された。