[論文レビュー] Phenomenology of stops, sbottoms, $ au$ sneutrinos, and staus at an $e+ e-$ linear collider

A. Bartl, H. Eberl+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、√s = 0.5–1 TeVのe⁺e⁻線形衝突機において、第三世代スフェルミオン—ストップ、スボトム、スチーオ、タウスネトロンの生成および崩壊の素性を調査する。MSSMにおける1ループ補正およびビーム偏光を用いることで、偏光ビームがスフェルミオン混合パラメータへの感度を顕著に向上させることを示し、ソフトSUSY破れパラメータの高精度決定を可能にするとともに、ハドロン衝突機が失敗する高tanβ状況下で、軽量のストップ（m̃t₁ < 250 GeV）およびスチーオの発見機器としての線形衝突機の可能性を示す。

ABSTRACT

We discuss production and decays of stops, sbottoms, tau-sneutrinos, and staus in $e^+e^-$ annihilation in the energy range $\sqrt{s} = 0.5-1$ TeV. We present numerical predictions within the Minimal Supersymmetric Standard Model for cross sections and decay rates, including one-loop radiative corrections as well as initial state radiation. We also study the importance of beam polarization for the determination of the underlying SUSY parameters. Moreover, we make a comparison of the potential to study squarks and sleptons of the 3rd generation between Tevatron, LHC, and Linear Collider.

研究の動機と目的

• e⁺e⁻線形衝突機（√s = 0.5–1 TeV）における第三世代スフェルミオン（ストップ、スボトム、スチーオ、タウスネトロン）の発見可能性と高精度測定を評価すること。
• ビーム偏光がスフェルミオン混合角への感度および質量固有状態（˜f₁ 対 ˜f₂）の分離に与える影響を評価すること。
• 特に困難なパラメータ領域における、軽量のストップおよびスチーオを検出するにあたり、e⁺e⁻線形衝突機の到達範囲をテバトロンおよびLHCと比較すること。
• 断面積および分岐比測定を用いて、ストップ系におけるソフトSUSY破れパラメータの決定精度を定量化すること。

提案手法

• 解析は、1ループ放射補正および初期状態放射を含む最小限の超対称標準模型（MSSM）に基づく。
• スフェルミオン質量行列は、ソフトSUSY破れパラメータ（M̃Q, M̃U, M̃D, M̃L, M̃E）、三線形結合（At, Ab, Aτ）およびtanβを用いて構築され、2×2行列の対角化から混合角が導出される。
• 偏光ビームを用いた樹形レベルでのe⁺e⁻ → ˜fi ˜f̄jの生成断面積を計算し、γおよびZ交換に伴う干渉効果を含め、スフェルミオン混合角に依存する。
• 2粒子崩壊および高次の崩壊の分岐比を計算し、中性ノイザー、フェルミオン、グルーギノ、ヒッグスおよびゲージボソンへの遷移を含め、軽量の˜t₁では運動的抑制が生じる。
• SUSYパラメータへの感度は、ストップ混合行列への誤差推定を通じて評価され、ビーム偏光が混合角依存性を強化することで、精度が向上することを示す。
• 線形衝突機、テバトロン、LHCの比較研究を実施し、特にm̃t₁ < 250 GeVの軽量ストップおよび高tanβ状況下のスチーオの発見到達範囲に焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √s = 0.5–1 TeVのe⁺e⁻線形衝突機は、LHCおよびテバトロンで検出が困難な軽量ストップ（m̃t₁ < 250 GeV）を発見できるか？
• RQ2 ビーム偏光は、スフェルミオン混合角への感度をどのように向上させ、˜f₁および˜f₂の質量固有状態の分離をどのように改善するか？
• RQ3 第三世代スフェルミオンの主な崩壊モードは何か？ また、分岐比は混合角およびSUSYパラメータにどのように依存するか？
• RQ4 線形衝突機では、ストップ系のソフトSUSY破れパラメータをどの程度の精度で決定できるか？
• RQ5 どのMSSMパラメータ領域において、スチーオおよび軽量ストップはハドロン衝突機では検出不能だが、e⁺e⁻衝突機では検出可能となるか？

主な発見

• ストップおよびスボトム対の生成断面積は、γおよびZ交換の破壊的干渉により、スフェルミオン混合角に強く依存し、特定の混合角で特徴的な最小値を示す。
• ビーム偏光は、スフェルミオン混合パラメータへの感度を顕著に向上させる： ˜f₂対生成を特定的に増幅させるとともに˜f₁対を抑制する、あるいはその逆を実現でき、質量固有状態の分離が向上する。
• m̃t₁ < 250 GeVの場合、LHCおよびテバトロンは、過剰なt¯t背景および運動的抑制のため、ストップの検出に深刻な課題を抱える。√s = 500 GeVの線形衝突機は、このような軽量ストップの発見機器として機能しうる。
• スチーオは、LHCで検出可能であるのは、tanβ > 10 であり、チャリオンまたは中性ノイザーへの崩壊分岐比が大きい場合に限られる。それ以外の場合は、依然として検出不能のままだ。
• 線形衝突機では、ストップ混合行列パラメータの精度が数パーセントに達する可能性があり、ソフトSUSY破れパラメータの高精度決定の可能性を示している。
• すべての2粒子崩壊が運動的に禁止される場合、最も軽量のストップ（˜t₁）の高次の崩壊が支配的となり、ゲージボソンまたはヒッグスボソンを含む複雑なキャスケード崩壊が生じる。