[論文レビュー] Light stop decays into $W b ilde{\chi}_1^0$ 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 10

ひとこと要約

本稿は、MSSMにおける運動的閾値近くの軽量ストップの崩壊を調査し、フレーバー非保存の二体崩壊（˜t₁ → c˜χ₀¹）、三体崩壊（˜t₁ → Wb˜χ₀¹）、四体崩壊（˜t₁ → ˜χ₀¹bf¯f′）の相乗的効果に注目する。フレーバー非保存の二体崩壊が閾値付近で支配的または競争的であることが示され、実験的探索においてこれを無視すると軽量ストップを逃す可能性があることを示している。

ABSTRACT

We investigate the decays of the light stop in scenarios with the lightest neutralino $ ilde{\chi}_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 ilde{\chi}_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 ilde{\chi}_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 $ ilde{\chi}_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

• 運動的閾値付近の三体崩壊と四体崩壊の遷移領域を分析すること。
• 軽量ストップの素粒子物理学的性質の文脈において、フレーバー非保存の二体崩壊（˜t₁ → c˜χ₀¹）の現象的意義を評価すること。
• Wボソン伝播子の有限幅効果と非ゼロのボトム・タウクォーク質量を組み込むことで、崩壊幅の記述を改善すること。
• ヒッグス崩壊、残存密度、B物理学、電弱精度測定からの実験的制約と整合性を保つこと。
• これらの洗練された崩壊計算を組み込んだ新しいバージョンのSUSY-HITパッケージを更新・拡張し、グローバルスキャンに利用可能にする。

提案手法

• 一般フレーバー構造を有するMSSMを採用し、フレーバー非保存の二体崩壊にSUSY-QCD補正を含める。
• Wボソン伝播子の有限幅効果を含めた完全な1ループ補正を用いて、三体および四体崩壊幅を計算する。
• 最終状態におけるボトムおよびタウクォークの非ゼロ質量を組み込み、閾値付近での精度を向上させる。
• LHCヒッグス探索、残存密度、B物理学、電弱精度観測量からの制約を適用したMSSMパラメータ空間におけるグローバルスキャンを実施する。
• SUSY-HITフォートランパッケージに改善された崩壊記述を実装し、一貫性のある素粒子物理学的解析を可能にする。
• PYTHIAとSModelSを用いてイベント生成と簡略化モデル解釈を行い、LHCの除外限界と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 三体崩壊閾値のわずか下の運動的領域において、フレーバー非保存の二体崩壊（˜t₁ → c˜χ₀¹）はどの程度顕著な寄与を示すか？
• RQ2 Wボソン伝播子における有限幅効果は、三体と四体崩壊の遷移領域を記述する上で果たす役割は何か？
• RQ3 閾値付近において、二体崩壊の分岐比が三体・四体崩壊とどの程度競合するか、あるいはそれを上回るか？
• RQ4 最終状態に非ゼロのボトムおよびタウクォーク質量を組み込むと、閾値領域における崩壊幅と分岐比にどのような影響が生じるか？
• RQ5 得られたパラメータ設定は、ヒッグス信号強度、残存密度、およびレア崩壊を含む、すべての現在の実験的制約と整合的か？

主な発見

• フレーバー非保存の二体崩壊（˜t₁ → c˜χ₀¹）は、特に圧縮SUSYシナリオにおいて、運動的閾値付近で支配的または競争的である可能性がある。
• Wボソン伝播子に有限幅効果を組み込むことで、三体と四体崩壊の遷移領域を一貫性を持って記述できるようになった。
• 最終状態に非ゼロのボトムおよびタウクォーク質量を組み込むと、特に閾値付近で崩壊幅に測定可能な補正が生じる。
• SUSY-HITにおける改善された記述により、MSSMパラメータ空間のより正確なスキャンが可能となり、これまでに見過ごされていた現象的関心の高い領域が明らかになった。
• 現在のLHCの除外限界は三体崩壊終状態に基づいているが、フレーバー非保存の二体崩壊を考慮しない場合、これらの限界が弱体化または無効化される可能性がある。
• グローバルな整合性チェックにより、すべての実験的制約を満たす一方で、顕著なフレーバー非保存終状態への分岐比を持つ有効なパラメータ点が存在することが確認された。