[論文レビュー] Supersymmetry and the Linear Collider

Jonathan L. Feng, Mihoko M. Nojiri|ArXiv.org|Oct 29, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、超対称性（SUSY）と線形衝突型加速器がその基本的パラメータをどのように探査するかについて、包括的で教育的な概説を提供している。高エネルギー、高出力、偏光したビームを備えたe+e−衝突型加速器は、たとえ超対称パートナが数個しか利用可能でない場合でも、SUSY粒子の質量、結合定数、混合パラメータを測定でき、SUSY破れ、統一、ダークマター、およびフレーバーやCP対称性の問題に関する決定的な答えを提供する。

ABSTRACT

We present a pedagogical introduction to supersymmetry and supersymmetric models and give an overview of the potential of the linear collider for studying them. If supersymmetry is found, its discovery will bring with it many more questions than answers. These include: -Are the newly discovered particles really superpartners? -If not all superpartners are discovered, where are the rest of them? -Do the electromagnetic, weak, and strong forces unify? -Is a supersymmetric particle the dark matter? -How are the supersymmetric flavor and CP problems solved? -What is the scale of supersymmetry breaking? -What are the fundamental interactions at the Planck scale? We review how the linear collider will provide definitive answers to some of these and may shed light on the rest, even if only one or a few superpartners are kinematically accessible.

研究の動機と目的

• 超対称性およびその衝突型加速器物理学における現象論的意味について、教育的入門を提供すること。
• 制限された運動的到達範囲がある場合でも、線形衝突型加速器が超対称性に関する根本的問いにどのように応える可能性を概説すること。
• ゲージ結合定数の統一、ダークマター、フレーバーやCP対称性の問題といった、より広範な理論的謎と線形衝突型加速器の測定結果を結びつけること。
• 線形衝突型加速器データから、モデルに依存しないソフトSUSY破れパラメータの測定が可能であることを示すこと。
• 線形衝突型加速器とハドロン衝突型加速器の相乗効果が、直接的な到達範囲外の超対称パートナの全スケーリングをどのように探査できるかを強調すること。

提案手法

• 超パートナの相互作用を分析する理論的枠組みとして、最小限の超対称標準模型（MSSM）を用いる。
• 断面積、偏光した断面積、崩壊チェーンの精密測定を用いて、ソフトSUSY破れパラメータを抽出する。
• 質量再構成技術および運動学的端点を用いて、スパートクルの質量および混合角を決定する。
• スレプトンおよびチャージリンオ/ニュートラリノ対生成の信号とバックグラウンドを分析し、レプトンのフレーバー違反およびCP対称性の破れ効果を含む。
• 偏光ビームを用いることで、量子数および結合定数に対する感度を高め、SUSY構造のモデルに依存しないテストを可能にする。
• 熱的リリック密度の計算およびニュートリノ-核子散乱断面積を介して、衝突型加速器の観測量と宇宙論的制約を結びつける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 たとえ1つか2つの超対称パートナしか運動的に到達できない場合でも、線形衝突型加速器は、超対称パートナの質量および混合パラメータを明確に決定できるか？
• RQ2 線形衝突型加速器は、精密測定によって超対称フレーバー問題およびCP対称性の問題をどのように解消できるか？
• RQ3 線形衝突型加速器は、ゲージ結合定数の統一をどの程度までテストでき、SUSY破れのスケールを決定できるか？
• RQ4 直接的測定によって、重力媒介、ゲージ媒介などの異なるSUSY破れメカニズムを線形衝突型加速器が区別できるか？
• RQ5 線形衝突型加速器の測定結果は、とりわけニュートリノおよび重力レプトンを候補とするダークマターの性質をどの程度まで制約できるか？

主な発見

• たとえ1つか2つの超対称パートナしか利用可能でない場合でも、線形衝突型加速器は、ゲージノ質量、スフェルミオン質量、および三重結合定数といった、モデルに依存しないソフトSUSY破れパラメータの測定が可能である。
• 偏光ビームにより、チャージリンオおよびニュートリノの量子数および結合定数を高精度で決定でき、SUSYの恒等式および混合パターンの直接的テストが可能になる。
• 線形衝突型加速器は、スレプトンの質量を1GeV未塔の精度で測定でき、スレプトンの混合およびレプトンのフレーバー違反の詳細な研究が可能になる。
• 偏光断面積および崩壊非対称性の測定により、線形衝突型加速器はMSSMにおけるCP対称性の破れ位相を高い感度で探査できる。
• 線形衝突型加速器は、ニュートリノの性質およびその核子との散乱断面積を測定することで、ダークマターの性質を特定でき、直接検出実験と照合可能になる。
• 線形衝突型加速器は、重力レプトンの質量およびNLSPの寿命を制約でき、遅延崩壊によるずれた頂点の観測が可能となり、温かいダークマターのシナリオを調べる手がかりが得られる。