[논문 리뷰] Automatised full one-loop renormalisation of the MSSM II: The chargino-neutralino sector, the sfermion sector and some applications

N. Baro, F. Boudjema|arXiv (Cornell University)|2009. 06. 09.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 SloopS 코드를 사용하여 MSSM의 스퍼미온 및 카린요-네이트랄리노 섹터에 대한 완전 자동화된 1계 교정 프레임워크를 제시한다. 고급 양자장 이론 도구를 통합하여 게이지 불변성과 스킴 일관성을 확보한다. 전자기 상호작용 보정이 단면적에 상당한 영향을 미치며, 카린요 쌍 생성의 경우 최대 −15%에 이르며, tanβ 및 혼합 매개변수의 스킴 의존성은 극히 미미하다(≤0.3%). 이는 콜라이더 및 암흑물질 물리학에 대한 강력한 정밀도 예측을 검증한다.

ABSTRACT

An on-shell renormalisation programme for the chargino/neutralino and the sfermion sectors within the Minimal Supersymmetric Standard Model as implemented in a fully automated code, SloopS, for the calculation of one-loop processes at the colliders and in astrophysics, is presented. This is a sequel to our study in arXiv:0807.4668 [hep-ph] where an on-shell renormalisation of the Higgs (and the gauge/fermion) sector is performed. The issue of mixing is treated in a unified and coherent manner in all these sectors, in particular we give some new insight into the renormalisation of the mixing angle in the sfermion sector and like with the Higgs sector and the issue of tan(beta) we discuss different schemes. We also perform numerical comparisons between our code SloopS and different results found in the literature. In particular we consider loop corrections to the neutralino and sfermion masses, chargino pair production and stau pair production in e^{+}e^{-} colliders, as well as a few decays of the heavier chargino. For all these observables, we analyse the tan(beta) scheme dependence using different definitions of this parameter and comment on the impact of using different renormalisation of the mixing parameter in the sfermion sector.

연구 동기 및 목표

• MSSM의 스퍼미온 및 카린요-네이트랄리노 섹터에 대해 완전 자동화되고 일관된 1계 교정 스킴을 개발하기 위해.
• 특히 암흑물질 잔류 밀도 및 콜라이더 관측량에 필요한 고차원 보정을 포함한 정밀도 계산에 도전하기 위해, 나무 수준을 초월한 루프 보정이 필요하다.
• 비선형 게이지 고정 조건과 자동화된 파인만 규칙 생성을 통해 게이지 불변성과 고에너지 유한성을 확보하기 위해.
• tanβ 및 스퍼미온 혼합 매개변수에 대한 다양한 교정 스킴을 비교하여 물리적 관측량에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 선형 콜라이더에서 카린요 및 스퍼미온 쌍 생성과 같은 과정에 대해 고정밀도 예측을 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• SloopS 코드는 초위상 및 다중형식 공식에서 전체 라그랑지안과 보정항을 자동 생성하기 위해 개선된 LanHEP을 사용한다.
• 모델 파일은 FeynArts, FormCalc, LoopTools(FFL 배치)와 연동되어 자동화된 진폭 및 1계 적분 계산을 수행한다.
• 카린요-네이트랄리노 및 스퍼미온 섹터에 대해 온셸프 교정 스킴을 적용하며, 혼합 매개변수와 대각화 행렬에 대해 일관된 처리를 한다.
• 비선형 게이지 고정 조건을 통해 게이지 불변성을 강제로 확보하고, 고에너지 유한성과 게이지 매개변수 독립성에 대한 광범위한 교차 검증을 수행한다.
• tanβ에 대한 다양한 스킴(예: ¯DR, MH, DCPR, Aττ)과 스퍼미온 혼합(δm²f12)에 대한 스킴을 구현하고 체계적으로 비교한다.
• 자동화된 QED 및 전자기 상호작용 보정을 지원하며, α의 러닝을 포함하고, 기존 코드인 Grace-SUSY와의 비교를 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 MSSM에서 스퍼미온 및 카린요 과정에 대한 1계 예측에 대해 tanβ 교정 스킴의 선택이 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 스퍼미온 혼합 매개변수 δm²f12의 다양한 정의가 쌍 생성 단면적과 같은 물리적 관측량에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 e+e− → ~χ⁺~χ⁻ 및 e+e− → ~τi~τ̄j 과정에서 전자기 상호작용 보정은 얼마나 중요하며, QCD 보정과 비교해 볼 때 어떠한가?
• RQ4 다양한 2→2 과정에서 게이지 불변성과 고에너지 유한성을 유지하는 데 있어 자동화된 1계 프레임워크의 일관성과 강건성은 어느 정도인가?
• RQ5 SloopS의 결과가 카린요 붕괴 너비와 생성 단면적에 대해 기존 코드인 Grace-SUSY와 정량적으로 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• e+e− → ~χ⁺~χ⁻ 및 e+e− → ~τi~τ̄j 생성에 대한 전자기 상호작용 보정은 상당히 크며, α 러닝 효과를 흡수한 후에도 약 −15%에 이르렀다.
• tanβ 스킴에 대한 의존성은 극히 미미하다: 모든 스킴(¯DR, MH, DCPR, Aττ)이 ¯DR 스킴에서 0.3% 이내로 벗어나며, DCPR와 Aττ는 0.01% 이내로 일치한다.
• 스퍼미온 혼합 매개변수 δm²f12의 선택은 미미한 영향을 미치며, 기본 SloopS 정의와 전통적 정의 사이의 단면적 차이는 0.003% 이하였다.
• 광범위한 비선형 게이지 고정 검증을 통해, 다양한 2→2 과정 전반에 걸쳐 게이지 불변성과 고에너지 유한성을 성공적으로 유지하였다.
• 입력 매개변수로 사용되지 않는 더 무거운 중성노 및 스퍼미온의 질량에 대한 1계 보정을 계산하였으며, 물리적으로 의미 있고 스킴 일관성이 있었다.
• Grace-SUSY와의 비교에서 카린요 붕괴 너비에 대해 양호한 일치를 보였으며, SloopS 프레임워크가 정밀도 MSSM 현상학에 있어 신뢰할 수 있음을 확인하였다.