[論文レビュー] Light stop decays into $W b ildeχ_1^0$ near the kinematic threshold

Ramona Gröber, Margarete Mühlleitner+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、MSSMにおける最軽量中性ノイザー（χ̃₁⁰）をLSPとする状況下で、三体崩壊 t̃₁ → Wbχ̃₁⁰ の運動的閾値近傍における軽量ストップ（t̃₁）の崩壊を調査する。特に、フラバー非保存二体崩壊（t̃₁ → cχ̃₁⁰）、三体崩壊（t̃₁ → Wbχ̃₁⁰）、および四体崩壊（t̃₁ → χ̃₁⁰bf̄f′）の相互作用に注目する。結果として、フラバー非保存二体崩壊が閾値近傍で支配的または競争的になることが示され、実験的探索においてこれを無視するとストップ粒子の除外限界が誤解される可能性があることを明らかにする。

ABSTRACT

We investigate the decays of the light stop in scenarios with the lightest neutralino $ ildeχ_1^0$ being the lightest supersymmetric particle, including flavour-violating (FV) effects. We analyse the region where the three-body decay $ ilde{t}_1 o W b ildeχ_1^0$ is kinematically allowed and provide a proper description of the transition region between the three-body decay and the four-body decay $ ilde{t}_1 o ildeχ_1^0 b f \bar{f}'$. The improved treatment has been implemented in the Fortran package { t SUSY-HIT} and is used for the analysis of this region. A scan over the parameter range including all relevant experimental constraints reveals that the FV two-body decay into charm and $ ildeχ_1^0$ can be as important as the three-, respectively, four-body decays if not dominant and therefore should be taken into account in order to complete the experimental searches for the light stop.

研究の動機と目的

• MSSMにおける最軽量中性ノイザー（χ̃₁⁰）をLSPとする状況下で、三体崩壊 t̃₁ → Wbχ̃₁⁰ の運動的閾値近傍の遷移領域を分析すること。
• 閾値近傍におけるフラバー非保存（FV）二体崩壊（t̃₁ → cχ̃₁⁰）、三体崩壊（t̃₁ → Wbχ̃₁⁰）、および四体崩壊（t̃₁ → χ̃₁⁰bf̄f′）の相互作用を調査すること。
• フェーズスペースと共鳴状態の精密な取り扱いを用いて、臨界的閾値領域におけるストップ崩壊の理論的記述を改善すること。
• 改良されたモデルをSUSY-HITパッケージに実装し、高精度な素粒子物理学的解析を可能とすること。
• FV崩壊が実験的除外限界に与える影響を評価し、分岐比が100%であると仮定しない場合、既存の制限が弱まることが示される。

提案手法

• 中間状態にWボソンとチャージノを含むすべての関連するフェニマン図を考慮した場の理論的アプローチによるt̃₁崩壊の振幅計算を実施。
• フラバー非保存結合と質量階層を組み込んだ、行列要素 M̃_d M̃_χ⁺*、M̃_d M̃_u*、M̃_χ⁺ M̃_u* および関連項の解析的表現を導出。
• 運動的閾値近傍のフェーズスペースと共鳴構造を記述するため、次元なし変数（x₁, x₂, x₃, y₁, y₂, y₃, μ）を用いた運動論的パrametrizationを適用。
• FortranパッケージSUSY-HITに全振幅計算を実装し、パrameter空間全域における崩壊幅および分岐比を計算。
• LHC、LEP、Tevatronからのすべての関連実験的制約を含むMSSMパrameter空間におけるグローバルスキャンを実施し、物性的妥当性を評価。
• 閾値領域において、四体崩壊はWボソンの中間状態がオンシェルである場合に限り考慮され、論文で指定されたとおりに処理される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 運動的閾値近傍において、フラバー非保存二体崩壊（t̃₁ → cχ̃₁⁰）は三体崩壊（t̃₁ → Wbχ̃₁⁰）および四体崩壊（t̃₁ → χ̃₁⁰bf̄f′）とどのように競合するか？
• RQ2 特にFV二体崩壊の分岐比が100%でない場合、LHC探索における軽量ストップの除外限界にどのような影響を与えるか？
• RQ3 共鳴的Wボソン交換とオフシェル効果の相互作用が、閾値領域における崩壊幅にどのように影響するか？
• RQ4 FV崩壊が、圧縮されたSUSY状況における軽量ストップの物性的記述をどの程度支配的または顕著に変化させるか？
• RQ5 SUSY-HITにおける改良された理論的取り扱いは、三体崩壊と四体崩壊の領域の遷移を正確に記述できるか？

主な発見

• フラバー非保存二体崩壊（t̃₁ → cχ̃₁⁰）は、運動的閾値近傍において三体または四体崩壊と同等、あるいはそれ以上に支配的になる可能性がある。
• 三体崩壊が運動的に許容される状況下でも、CクォークへのFV二体崩壊の分岐比は顕著に大きくなることがあり、実験的解析で100%分岐比を仮定するという仮定に疑問を呈する。
• SUSY-HITにおける改良された取り扱いにより、既存のLHC除外限界がFV崩壊を含めない場合に比べて顕著に弱まることが明らかになった。
• 四体崩壊チャネルは、Wボソンの中間状態がオンシェルである場合を除き、閾値近傍では抑制される。これは特定のパラメータ領域でのみ可能である。
• 三体崩壊と四体崩壊の領域の遷移は、フラバー非保存結合および質量差に極めて敏感であり、精密な理論的モデル化が不可欠である。
• すべての実験的制約を含むパラメータ空間スキャンにより、FV崩壊を完全な実験的探索に組み込まない限り、ストップ信号の抑制が誤解される可能性があることが示された。