[論文レビュー] LSP sneutrino decays into heavy standard model pairs

D. Aristizábal Sierra, Diego Restrepo+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 13, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 13被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、ビリニアーラ・パリティ破れ（BRpV）におけるスネュートリノの崩壊が、重い標準模型状態（W⁺W⁻, ZZ, hh, tt̄）、見えないννモード、および異種の電磁的レプトン（lᵢ⁺lⱼ⁻）に及ぶ非伝統的モードを調査しており、BRpVパラメータεᵢがスネュートリノの真空期待値vᵢに比べて著しく小さい場合、従来のb̄b最終状態よりもこれら非伝統的モードが支配的になることを示している。主な結果として、このような崩壊は、マルチレプトンまたは重い共鳴状態を示す特徴的なLHCシグネチャを生じさせ、SUSYの新たな探査手段となり得る。さらに、複数のスネュートリノ世代が同様に崩壊する場合、BRpVがニュートリノ質量の唯一の原因であることを否定する可能性がある。

ABSTRACT

In bilinear R-parity violation (BRpV), in which the superpotential includes a bilinear term between the lepton doublet and the up-type Higgs superfields, a sneutrino LSP can decay into pairs of heavy standard model states: W's, Z's, tops or Higgs bosons. These finals states can dominate over the traditionally considered bottom pair final state. This would lead to unique and novel supersymmetric signals with each supersymmetric event possibly producing two pairs of these heavy standard model fields. We investigate this possibility and find that the branching ratio into heavier states dominates when the bilinear term is much smaller than the sneutrino vacuum expectation value for a given sneutrino flavor. When BRpV is the only source of neutrino masses these decays can only dominate for one of the sneutrino generations. Relaxing this constraint opens these channels for all three generations.

研究の動機と目的

• ビリニアーラ・パリティ破れ（BRpV）モデルにおけるスネュートリノLSPの非伝統的崩壊モード（従来のb̄b最終状態を除く）を調査すること。
• W⁺W⁻, ZZ, tt̄, νν, lᵢ⁺lⱼ⁻などの新しいモードがb̄b崩壊を上回る条件を特定すること。
• LHC探索における現象論的意義を評価すること、特にマルチレプトンや重い共鳴状態のような独自のシグネチャの可能性を検討すること。
• 複数のスネュートリノ世代がBRpVを介してこれらのモードに崩壊する場合、BRpVがニュートリノ質量の唯一の原因であることを否定できるかを検討すること。
• スネュートリノの崩壊長を計算し、BRpV寄与がニュートリノ質量に占める割合が小さい場合の分散頂点シグネチャの実現可能性を評価すること。

提案手法

• ビリニアーラ・パリティ破れ（BRpV）を記述する有効場理論的手法を用い、超電磁ポテンシャルにレプトンダブルットと上型ヒッグス超多重項の混合項を含める。
• 摂動場理論とスピン極性振幅技術を用いて、W⁺W⁻, ZZ, hh, tt̄, νν, lᵢ⁺lⱼ⁻などのさまざまな最終状態へのスネュートリノ崩壊の分岐比を計算する。
• ニュートリノ質量データ、特にスイッチメカニズムを含めた制約を導入し、BRpVパラメータεᵢを観測されたニュートリノ質量スケールに関連付ける。
• Lorentzブーストに起因するγを用いた式L ∝ 1 / (Γ × γ) を用いて、BRpV寄与による大気的および太陽ニュートリノ質量差のスケールに応じたスネュートリノ崩壊長を計算する。
• 実験的値との比較に基づき、BRpVによって誘導されるニュートリノ質量と実験的値との比rν = Δm₃₂,₂₁^{BRpV} / Δm₃₂,₂₁^{Exp} を用いて、崩壊の現象論的妥当性を評価する。
• LHCにおけるスネュートリノ生成メカニズムを検討し、スクアーキューやグルーギノが重くない限り、強い相互作用生成が支配的であり、そうでない場合でも電弱生成が依然として有効である可能性を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 BRpVモデルにおいて、スネュートリノLSPが重いSM状態（W⁺W⁻, ZZ, hh, tt̄）に崩壊する条件は何か？ これは従来のb̄b最終状態を上回るか？
• RQ2 εᵢ / vᵢの比が、異種レプトンモード（lᵢ⁺lⱼ⁻）および重いSM最終状態への分岐比に与える影響は？
• RQ3 複数のスネュートリノ世代が非伝統的BRpVモードに崩壊する観測が、BRpVがニュートリノ質量の唯一の原因であることを否定できるか？
• RQ4 BRpV寄与がニュートリノ質量に占める割合が小さい場合、LHCの現象論的意義、特に分散頂点と検出可能なシグネチャへの影響は？
• RQ5 スネュートリノの崩壊長は、BRpVによって誘導されるニュートリノ質量寄与の大きさにどのように依存するか？ また、分散頂点検出の感度範囲は？

主な発見

• ある特定のフレーバーについて、ビリニアーラ・パリティ破れパラメータεᵢがスネュートリノの真空期待値vᵢに比べて著しく小さい場合、非伝統的最終状態（W⁺W⁻, ZZ, hh, tt̄, νν, lᵢ⁺lⱼ⁻）への分岐比がb̄bに優勢になる。
• BRpVがニュートリノ質量の唯一の原因であるモデルでは、太陽ニュートリノデータの制約により、この優勢性は1つのスネュートリノフレーバーに限られる。
• BRpV寄与がニュートリノ質量に占める割合が小さい場合、非伝統的崩壊の優勢性は3つのスネュートリノ世代すべてに拡大可能である。
• BRpV寄与が観測値の約10⁻⁵未満の場合、スネュートリノの崩壊長は1メートルを超える可能性があり、検出可能な分散頂点を生じる。
• BRpV寄与が観測ニュートリノ質量スケールの約10⁻³%を超える場合、一般的には崩壊長が10cm未満となるため、長寿命シグネチャは実現しにくく、BRpV項が極めて小さい場合を除いては不確実である。
• スネュートリノ崩壊によるマルチレプトンまたは重い共鳴状態の最終状態は、b̄bモードに比べてQCDバックグラウンドが低減され、検出可能性が向上するため、特徴的で新規なLHCシグネチャを提供する。