[論文レビュー] SDECAY - A Fortran Code for SUSY Particle Decays in the MSSM

Margarete Mühlleitner|DORA PSI (Paul Scherrer Institute)|Sep 16, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用数 14

ひとこと要約

SDECAY は、MSSM 内のすべての超対称粒子の崩壊幅および分岐比を、木レベル、QCD補正付き二体崩壊、三体崩壊、四体崩壊、およびループ誘導崩壊を含めて計算する Fortran コードです。カラー粒子における QCD 補正や電弱補正といった高次の効果を組み込み、SuSpect や SLHA 形式からのスペクトル入力を使用することで、LHC や将来の線形衝突加速器実験における高精度な予測が可能になります。

ABSTRACT

The Fortran code SDECAY calculates the decay widths and branching ratios of all supersymmetric (SUSY) particles in the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM), including higher order effects. The usual two-body decays of sfermions and gauginos as well as the three-body decay modes of charginos, neutralinos and gluinos are included. Furthermore, the three-body stop and sbottom decays and even the four-body stop decays are calculated. The important loop-induced decays, the QCD corrections to the two-body widths involving strongly interacting particles and the dominant electroweak effects to all processes are evaluated as well.

研究の動機と目的

• LHC や将来の $e^+e^-$ 衝突加速器で期待される実験的精度に一致する、MSSM 内の SUSY 粒子崩壊幅および分岐比を高精度で計算するためのツールを提供すること。
• 特に、色荷を持つ粒子を含む二体崩壊における QCD 補正を、一次の木レベル計算を超えて取り入れること。
• 二体崩壊が運動的に禁止されている場合に支配的になる多体（三体および四体）およびループ誘導崩壊をサポートすること。
• SuSpect や SLHA 形式による柔軟な SUSY スペクトル入力を可能にし、既存のスペクトル生成および衝突加速器シミュレーションフレームワークとの互換性を確保すること。
• GMSB 崩壊や MSSM 内のトップクォーク崩壊を含む、最新の理論的および素粒子物理学的発展を常に反映すること。

提案手法

• コードは、スフェルミオン、ゲージノ、グルアノ、チルリンオ、ニュートラリノの二体崩壊に対して、木レベルおよび QCD 補正付きの崩壊振幅を用いて崩壊幅を計算する。
• 第三世代スフェルミオンの混合および最終状態フェルミオンの質量を含む三体崩壊は、適切な運動的制約を満たした状態空間積分を用いて実装する。
• ループ誘導崩壊（例：$\tilde{\chi}_2^0 \to \tilde{\chi}_1^0 \gamma$、$\tilde{g} \to \tilde{\chi}_1^0 g$、$\tilde{t}_1 \to \tilde{\chi}_1^0 c$）は、有効場理論的手法および一粒子自己エネルギー補正を用いて計算する。
• 三体崩壊が運動的に禁止されている場合の四体崩壊（例：$\tilde{t}_1 \to b \tilde{\chi}_1^0 f \bar{f}$）も含める。
• ランニングカップリングは電弱スケールで評価され、反応の主要な電弱補正は、規範化群の発展を用いて組み込む。
• コードは、スペクトル生成のための SuSpect または SLHA 形式の入力ファイルをサポートしており、他の HEP ツールとの相互運用性を確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 すべての MSSM SUSY 粒子の崩壊幅および分岐比を、QCD および電弱補正を含めてどのように計算できるか？
• RQ2 クォークやグルアノを含む二体崩壊における QCD 補正の影響は何か？
• RQ3 二体崩壊が運動的に閉じられている場合、三体および四体崩壊が全崩壊幅にどのように寄与するか？
• RQ4 ループ誘導崩壊（例：$\tilde{\chi}_2^0 \to \tilde{\chi}_1^0 \gamma$）は、最軽いニュートラリノの素粒子物理学的性質において果たす役割は何か？
• RQ5 コードは、複数のスペクトル生成ツールからの柔軟な入力に対応し、SLHA などの標準 HEP 形式と互換性を保つようにどのように構造化できるか？

主な発見

• SDECAY は、QCD 補正を含むスフェルミオンおよびゲージノのすべての二体崩壊を計算する。
• チルリンオ、ニュートラリノ、グルアノ、ストップ、スバタミオンの三体崩壊は、完全な運動的依存性およびスフェルミオン混合効果を含めて実装されている。
• $\tilde{\chi}_2^0 \to \tilde{\chi}_1^0 \gamma$ や $\tilde{g} \to \tilde{\chi}_1^0 g$ のようなループ誘導崩壊が含まれており、これはダークマターおよび衝突加速器の素粒子物理学において極めて重要である。
• 三体モードが運動的に禁止されている場合のストップの四体崩壊（例：$\tilde{t}_1 \to b \tilde{\chi}_1^0 f \bar{f}$）が計算可能である。
• SDECAY は、MSSM 内のトップクォーク崩壊（例：$t \to \tilde{t}_1 \tilde{\chi}_1^0$）をサポートしており、トップセクターの完全な一致が可能である。
• SDECAY は高速で柔軟性に富み、定期的に更新されており、SuSpect および SLHA 入力形式をサポートしており、現代の HEP シミュレーションパイプラインとの広範な互換性を確保している。