[論文レビュー] Light stops in the MSSM parameter space

A. V. Gladyshev, D. I. Kazakov+1 more|ArXiv.org|Apr 11, 2007

Geophysics and Sensor Technology参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、大きな負の三重項結合 $A_0$ に駆動される、MSSM パrameter空間内の狭い領域を特定する。この領域では、トップ squark（ストップ）が軽量化され、次に軽い超対称粒子（NLSP）あるいはすなわち最も軽い超対称粒子（LSP）となる可能性がある。この状態では、ストップは長寿命となり得るため、LHC における特徴的なシグネチャ、例えばずれた頂点や R-ハドロン形成が生じる。ストップの質量が 150 GeV 未満の場合、対生成断面積は数十 pb に達する。

ABSTRACT

We consider the regions of the MSSM parameter space where the top squarks become light and even may be the LSP. This happens when the triple scalar coupling A becomes very big compared to m_0. We show that in this case the requirement that the LSP is neutral imposes noticeable constraint on the parameter space excluding low m_0 and m_{1/2} similar to constraint from the Higgs mass limit. In some cases these constraints overlap. This picture takes place in a wide region of anβ. In a narrow band close to the border line the stops are long-lived particles and decay into quarks and neutralino (chargino). The cross-section of their production at LHC via gluon fusion mechanism in this region may reach a few pb.

研究の動機と目的

• 大きな負の三重項結合 $A_0$ に起因する、MSSM パrameter空間内でトップ squark が軽くなり、長寿命となる領域を同定すること。
• LHC におけるそのような軽いストップの素粒子的性質を検討すること。これには、生成断面積と崩壊シグネチャが含まれる。
• ヒッグス粒子質量、チャリノ質量制限、WMAP 宇宙背景密度の実験的制限とこのシナリオの整合性を評価すること。
• 長寿命ストップによる R-ハドロン形成とずれた頂点シグネチャの可能性を検討すること。
• 微調整の役割と、バリオン非対称性を含む宇宙論的含みを評価すること。

提案手法

• ユニバーサルなソフト項を持つ mSUGRA フレームワークを用い、ミューオンの異常磁気モーメントを説明するため $\mu > 0$ を固定する。
• 放射修飾電弱対称性の破れとゲージ結合定数の統一を用いて、パラメータ空間を制約する。
• ISAJET v.7.64 コードを用い、ストップ質量行列の対角化によりストップ質量と崩壊モードを計算する。非対角項は $A_t - \mu \cot\beta$ に比例する。
• 異なる $A_0$ と $\tan\beta$ の条件下で、ストップが LSP となる境界を $m_0$–$m_{1/2}$ 平面に投影する。
• LHC におけるストップ対生成断面積を、図 4 の $\tilde{t}\tilde{t}$ 生成ダイアグラムを用いてグルーオン融合で計算する。
• ストップ崩壊分岐比を $m_{1/2}$ と $|A_0|$ の関数として評価し、$\tilde{t} \to c\tilde{\chi}^0_1$（ループ抑制だが長寿命領域で支配的）および $\tilde{t} \to b\tilde{\chi}^\pm_1$ / $t\tilde{\chi}^0_1$ モードに注目する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MSSM パrameter空間のどの領域で、大きな負の $A_0$ に起因してトップ squark が軽くなり、長寿命となるか？
• RQ2 この領域におけるストップ対の LHC 生成断面積は、ストップ質量と $A_0$ にどのように依存するか？
• RQ3 長寿命領域におけるストップの主要崩壊モードは何か？また、$m_{1/2}$ と $|A_0|$ にどのように依存するか？
• RQ4 このシナリオは、ヒッグス粒子質量、チャリノ質量制限、および宇宙背景密度の実験的制限をどの程度満たせるか？
• RQ5 長寿命ストップは、LHC で観測可能なシグネチャ、例えばずれた頂点や R-ハドロン形成を引き起こす可能性があるか？

主な発見

• 大きな負の $A_0$（例：$-3500$ GeV）では、ストップ質量は 150 GeV 未満にまで低下し、$m_0$–$m_{1/2}$ 平面における狭い帯域でストップが LSP となる。
• ストップ質量が $m_{\tilde{t}} < 150$ GeV の場合、ストップ対生成断面積は数十から数百 pb に達する。質量が重くなると（$m_{\tilde{t}} \sim 300$ GeV でも）、$|A_0| = 3500$ GeV であっても数 pb に減少する。
• 長寿命ストップの主要崩壊モードは $\tilde{t} \to c\tilde{\chi}^0_1$ であり、ループ抑制されているが、長寿命領域では分岐比が 100% に達する。
• 長寿命ストップの寿命は、$A_0$–$m_{1/2}$ 空間の広い領域で長く（マクロな距離に達する）なる。特に $m_{\tilde{t}} = m_{\tilde{\chi}^0_1}$ の境界付近では、$c\tilde{\chi}^0_1$ モードが支配的になると寿命が増加する。
• ストップ質量の境界は、中程度の $\tan\beta$ の場合、ヒッグス質量制限と重複する。両制限とも、低 $m_0$ および $m_{1/2}$ の領域を除外する。
• このシナリオはヒッグスおよびチャリノ質量制限、WMAP 宇宙背景密度を満たし、バリオン非対称性を促進するが、$A_0$ と $\tan\beta$ の強い微調整を要する。