[論文レビュー] Simulating Supersymmetry with ISAJET 7.0/ ISASUSY 1.0

Howard Baer, F. Paige+2 more|ArXiv.org|May 28, 1993

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 19

ひとこと要約

本論文は、ハドロン衝突型加速器における最小超対称標準模型（MSSM）における超対称性の包括的シミュレーションフレームワーク、ISAJET 7.0/ISASUSY 1.0 を提示する。このフレームワークは、スパートクルの生成と崩壊を可能にし、R-奇数性保存を伴うMSSMの素粒子物理学的現象を組み込み、パラメータ設定、質量スケーリングの計算、崩壊分岐比の分析のためのツールを提供する。今後の拡張として $e^+e^-$ 衝突の対応が計画されている。

ABSTRACT

We review the physics assumptions and input used in ISAJET~7.0 / ISA\-SUSY~1.0 that are relevant for simulating fundamental processes within the framework of the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) at $p\bar p$ and $pp$ colliders. After a brief discussion of the underlying MSSM framework, we discuss event simulation and list the sparticle production processes and decay modes that have been incorporated into our calculations. We then describe how to set up and run an ISAJET / ISASUSY job and the user input and output formats. The ISAJET program is sufficiently flexible that some non-minimal supersymmetry scenarios may be simulated as well. Finally, plans for future upgrades which include the extension to $e^+ e^-$ collisions, are listed.

研究の動機と目的

• ハドロン衝突型加速器における $p\bar{p}$ および $pp$ 衝突におけるMSSM内での超対称粒子生成と崩壊のための堅牢なシミュレーションフレームワークの開発。
• MSSMゲージ量子数とR-奇数性保存に基づく、スパートクルの断面積および崩壊パターンの正確なモデル化の実現。
• 質量スケーリングと崩壊分岐比の計算を含む、スパートクルイベントのシミュレーションの設定および実行に柔軟なツールの提供。
• カスタマイズ可能なパラメータと FORCE コマンドによるデフォルトの崩壊モードを上書きする機能を通じ、非最小的SUSYシナリオのサポート。
• 今後の拡張の基盤を築くこと、特に $e^+e^-$ 衝突シミュレーションと、ヒッグスおよびスフェルミオン系のモデリングの向上。

提案手法

• ISAJET 7.0 におけるMSSMフレームワークの実装、LSPの安定性を保証するためのスパートクル質量、混合角、R-奇数性保存の組み込み。
• ゲージ相互作用に基づくスパートクル生成断面積の組み込み、運動的制約および位相空間制約の適用。
• ISASUSY 1.0 モジュールを用いて、主イベントジェネレータとは独立して質量、部分幅、分岐比を計算。
• FORCE コマンドを用いてデフォルトの崩壊モードを上書きし、R-奇数性破れのシナリオや特定の崩壊経路のシミュレーションを可能に。
• COMMON ブロックおよび RDTAPE サブルーチンを用いて、ISAJET.DAT からイベントレベルデータを保存・取得し、後処理および解析に活用。
• ガウジノ質量統一の変更が可能なモジュラーなコード構造を採用し、今後の拡張として、拡張されたヒッグス系や新粒子の導入を想定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最小超対称標準模型（MSSM）は、どのようにしてハドロン衝突型加速器におけるスパートクル生成と崩壊を正確にシミュレートできるか？
• RQ2 R-奇数性保存を仮定したMSSM下で、スパートクル生成断面積および崩壊パターンの主な寄与は何か？
• RQ3 光速でない弱い相互作用を示すリリックとしての軽い超対称粒子（LSP）である中性子 $\widetilde{Z}_1$ は、どのようにして安定にモデル化できるか？
• RQ4 ISAJET 7.0 は、R-奇数性破れモデルや非統一ガウジノ質量を含む非最小的SUSYシナリオをどの程度正確にシミュレートできるか？
• RQ5 ヒッグスおよびスレプトン対生成を含む、完全なMSSMプロセスをシミュレートするにあたり、主な制限要因と今後の改善点は何か？

主な発見

• ISAJET 7.0/ISASUSY 1.0 フレームワークは、MSSMにおけるスパートクル生成と崩壊を成功裏にシミュレートしており、断面積はゲージ量子数とR-奇数性保存に基づく。
• 最も軽い中性レプトン $\widetilde{Z}_1$ は、宇宙論的ダークマター制約およびスネュートリノのLEP排出限界に一致する安定なLSPとしてモデル化されている。
• ISASUSY 1.0 は、$m_{\tilde{g}}$, $m_{\tilde{q}}$, $\tan\beta$, $\mu$ などの入力パラメータに基づき、すべてのスパートクルの完全な質量スペクトル、部分幅、分岐比を生成する。
• FORCE コマンドにより、デフォルトの崩壊モードを上書き可能であり、R-奇数性破れのシナリオや $\tilde{t}_1 \rightarrow c\widetilde{Z}_1$ のような特定の崩壊経路のシミュレーションが可能である。
• コード構造は、今後の拡張をサポートしており、$e^+e^-$ 衝突シミュレーション、ヒッグス系のモデリングの向上、トップスクアーラーおよびスレプトン対生成の導入が可能である。
• 最も軽い中性レプトンがLSPでない場合、プログラムは警告を出力するが、LEP制約です already 排除済みのパラメータ選択についてはフラグを立てない。