[논문 리뷰] Bosonic decays of stop_2 and sbottom_2

A. Bartl, H. Eberl외 6명|arXiv (Cornell University)|1998. 04. 09.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 최소 초대칭 표준모형(MSSM)에서 더 무거운 토프 스쿼크와 바텀 스쿼크($\tilde{t}_2$ 및 $\tilde{b}_2$)의 보존 붕괴 모드—히iggs 보존 및 게이지 보존으로의 붕괴—의 지배성을 조사한다. 큰 토프 및 바텀 요카드 상수와 상당한 $\tilde{t}$ 및 $\tilde{b}$ 혼합으로 인해, 이 붕괴는 MSSM 매개변수 공간의 광범위한 범위에서 중성이온, 카이린, 또는 글루아이노로의 전통적인 페르미온 붕괴보다 분포 비율이 높을 수 있으며, 향후 고에너지 충돌 실험의 검색 전략과 초대칭 매개변수 결정에 있어 중요한 운동학적 서명을 이끌어낸다.

ABSTRACT

We perform a detailed study of the decays of the heavier top and bottom squarks (stop_2 and sbottom_2) in the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM). We show that the decays into Higgs or gauge bosons can be dominant in a wide range of the model parameters due to the large Yukawa couplings and mixings of stops and sbottoms. Compared to the conventional decays into fermions these bosonic decay modes can have significantly different decay structures and distributions. This could have an important impact on the search for stop_2 and sbottom_2 and the determination of the MSSM parameters at future colliders.

연구 동기 및 목표

• MSSM에서 $\tilde{t}_2$ 및 $\tilde{b}_2$의 히iggs 및 게이지 보존으로의 붕괴 분포 비율을 분석하기.
• 중성이온, 카이린, 또는 글루아이노로의 전통적인 페르미온 붕괴보다 보존 붕괴가 지배적인 조건을 평가하기.
• 향후 충돌기에서 $\tilde{t}_2$ 및 $\tilde{b}_2$의 검출 가능성과 운동학적 재구성에 이러한 붕괴가 미치는 영향을 평가하기.
• 보존 붕괴 모드와 페르미온 붕괴 모드 간의 붕괴 구조 및 이벤트 분포를 비교하여 초대칭 신호 식별을 향상시키기.

제안 방법

• 연구는 MSSM 라그랑지안을 사용하여 소프트-브레이킹 매개변수와 혼합 항을 포함한 $\tilde{t}$ 및 $\tilde{b}$ 스쿼크 질량 행렬을 계산한다.
• MSSM 라그랑지안에서의 1차 순서 상호작용을 이용해 $\tilde{t}_2$ 및 $\tilde{b}_2$의 히iggs 및 게이지 보존으로의 붕괴 너비를 계산한다.
• 주요 MSSM 매개변수인 $\tan\beta$, $M_{\tilde{Q}}$, $A$, $\mu$, $m_A$에 따라 분포 비율을 계산한다.
• 무거운 히iggs 상태의 경우 상호작용 억제 효과를 포함하고, 다양한 매개변수 영역 간의 결과를 비교한다.
• 운동학적 분포와 이벤트 토폴로지를 보존 붕괴 체인과 페르미온 붕괴 체인 간에 대조하여 특징적인 차이를 식별한다.
• 다양한 $M_{\tilde{Q}}$, $\tan\beta$, $m_A$ 조건을 가진 벤치마크 포인트에 대해 수치 결과를 제시하며, 분포 비율 지배성을 보여준다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 MSSM에서 $\tilde{t}_2$ 및 $\tilde{b}_2$의 보존 붕괴가 페르미온 붕괴보다 지배적인 조건는 무엇인가?
• RQ2 큰 요카드 상수와 $\tilde{t}$–$\tilde{b}$ 혼합은 $\tilde{t}_2$ 및 $\tilde{b}_2$의 히iggs 및 게이지 보존으로의 붕괴 분포 비율에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 $\tilde{t}_2$ 및 $\tilde{b}_2$의 보존으로의 붕괴와 페르미온으로의 붕괴 간에 구별되는 운동학적 및 이벤트 토폴로지 서명은 무엇인가?
• RQ4 보존 붕괴의 지배성이 향후 충돌기에서의 검색 전략과 매개변수 결정에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• $\tilde{t}_2$ 및 $\tilde{b}_2$의 경우, 큰 토프 및 바텀 요카드 상수와 상당한 스쿼크 혼합으로 인해 $Z^0$, $h^0$, $H^0$, $A^0$, $W^+$, $H^+$로의 보존 붕괴가 중성이온, 카이린, 또는 글루아이노로의 전통적인 페르미온 붕괴를 초월할 수 있다.
• $M_{\tilde{Q}}=500$ GeV, $\mu=-1000$ GeV, $A=400$ GeV, $\tan\beta=3$ 조건의 벤치마크 포인트에서, $M_{\tilde{Q}}$의 광범위한 범위에서 보존 모드가 지배적이며, $\tilde{t}_2 \to \tilde{t}_1 + Z^0$ 및 $\tilde{t}_2 \to \tilde{b}_i + W^+$의 분포 비율이 50%를 초과한다.
• $m_A = 250$ GeV일 경우, $\tilde{t}_2 \to \tilde{t}_1 + Z^0$의 분포 비율은 57%에 이르며, $\tilde{t}_2 \to \tilde{b}_i + H^+$는 39%에 이른다.
• 조금 더 무거운 $H^0$, $A^0$, $H^\pm$ 붕괴가 운동학적 억제를 겪더라도, $Z^0$ 및 $W^\pm$ 모드는 특히 $\tilde{b}_2 \to \tilde{b}_1 + Z^0$ 및 $\tilde{t}_2 \to \tilde{b}_i + W^+$ 채널에서 여전히 지배적이다.
• $\tilde{t}_1$ 또는 $\tilde{b}_1$과 함께 게이지 보존 또는 히iggs 보존으로 붕괴하는 체인은 $\tilde{t}_2 \to t + \tilde{\chi}^0_i$ 또는 $\tilde{t}_2 \to b + \tilde{\chi}^\pm_j$ 붕괴와 비교해 상당히 다른 이벤트 분포—특히 미소 에너지 및 운동량 분포에서—를 보인다.
• 결과적으로, 향후 충돌기에서 $\tilde{t}_2$ 및 $\tilde{b}_2$ 검색을 위한 몬테카를로 시뮬레이션은 보존 붕괴 모드를 포함해야 하며, 그렇지 않으면 신호 해석 오류와 잘못된 매개변수 추출이 발생할 수 있다.