[논문 리뷰] CompHEP Package with Light Gravitino and Sgoldstinos

Dmitry Gorbunov, A. Semenov|ArXiv.org|2001. 11. 22.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 21인용 수 13

한 줄 요약

이 논문은 자발적 초대칭 위반을 통해 금속보우 슈퍼multiplet을 통해 유도된 경량 글루아티노와 경량 스골드스티노를 포함하는 초대칭 모형을 컴프헤프 소프트웨어 패키지에 확장한 것을 제시한다. 이 모형은 $1/F$에 대한 최고차항에서 MSSM 필드와 금속보우 슈퍼multiplet 간의 상호작용을 포함하며, 연산 상수는 연성 초대칭 위반 매개변수와 $F$에 의해 완전히 결정된다. 이 패키지는 하나의 온쉘 글루아티노 또는 스골드스티노를 포함하는 과정에 대한 정확한 1차 수준 계산을 가능하게 하여 기존 결과를 고정밀도로 재현한다.

ABSTRACT

We present a complete description of a new physical model with goldstino supermultiplet for CompHEP software package. The model contains MSSM content supplemented by three new fields: {\it goldstino} -- two component spinor, scalar {\it sgoldstino} and pseudoscalar {\it sgoldstino}. To the leading order in 1/F, where F is the parameter of supersymmetry breaking, and to zero order in MSSM gauge and Yukawa coupling constants, the interactions between the component fields of goldstino supermultiplet and MSSM fields are derived. They correspond to the most attractive for collider studies processes where only one of these {\it new} particles appears in a final state. In this case light gravitino behaves exactly as goldstino. For sgoldstinos, as they are R-even, we include in the package only sgoldstino couplings to goldstino and sgoldstino couplings to SM fields as the most interesting phenomenologically. All new coupling constants between the components of goldstino supermultiplet and MSSM fields are completely determined by the ratios of soft supersymmetry breaking parameters and F. Thus, in addition to the MSSM coupling constants there are three new parameters in the package: the scale of supersymmetry breaking, $\sqrt{F}$, and masses of scalar and pseudoscalar sgoldstinos. The CompHEP notations for the new fields and parameters are presented. The package was successfully tested and all relevant results known in literature have been reproduced with good accuracy. It may be used in order to calculate any tree-level process with one gravitino or sgoldstino on mass shell. Universality of the Lagrangian allows to apply the package in study of phenomenology of any supersymmetric extension of the Standard Model.

연구 동기 및 목표

• 고에너지 물리학 계산을 위한 컴프헤프 소프트웨어 패키지에 경량 글루아티노와 스골드스티노를 포함하는 초대칭 모형을 구현하기 위해.
• MSSM 필드와 금속보우 슈퍼multiplet 간의 효과적 상호작용을 $1/F$에 대한 최고차항에서, MSSM 결합 상수에 대해 0차항으로 유도하기 위해.
• 충돌기 과정에서 온쉘 글루아티노 또는 스골드스티노를 포함하는 붕괴율과 단면적의 정확한 1차 수준 계산을 가능하게 하기 위해.
• 문헌에서 알려진 결과를 고정밀도로 재현함으로써 구현의 타당성을 검증하기 위해.
• 표준모형의 초대칭 확장에서 경량 금속보우 유사 상태를 포함하는 현상물리학을 연구하기 위한 유연한 프레임워크를 제공하기 위해.

제안 방법

• 작은 $F$-파괴 스케일의 극한에서 초중력과 초핵스 메커니즘을 사용하여 경량 글루아티노와 스골드스티노에 대한 효과적 라그랑지안을 유도한다.
• 금속보우 슈퍼multiplet의 자유 라그랑지안을 구성하고, 스푸리온 방법을 통해 MSSM 필드와의 결합을 유도한다.
• SM 필드 및 금속보우와의 스골드스티노 결합을 포함하며, 결합 강도는 MSSM의 연성 초대칭 위반 매개변수와 $F$에 비례한다.
• 새로운 세 개의 필드를 위한 컴프헤프 표기법을 정의한다: 금속보우( Fermion), 스칼라 스골드스티노, 편미분 스골드스티노.
• 세 개의 새로운 매개변수를 포함한 모형을 구현한다: $\sqrt{F}$, 스칼라 및 편미분 스골드스티노의 질량.
• 결합 상수에 대한 양자역학적 보정을 적용하지만, 현재 버전의 패키지에는 포함되어 있지 않다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 금속보우 슈퍼multiplet과 MSSM 필드 간의 상호작용은 $1/F$에 대한 최고차항에서 체계적으로 어떻게 유도될 수 있는가?
• RQ2 충돌기 환경에서 단일 온쉘 글루아티노 또는 스골드스티노를 포함하는 주요 1차 수준 과정은 무엇인가?
• RQ3 컴프헤프 패키지는 어떻게 경량 글루아티노와 스골드스티노 상태를 현상물리학적으로 관련된 결합 상수와 함께 확장할 수 있는가?
• RQ4 새로운 모형은 붕괴율과 단면적 측면에서 문헌의 알려진 결과를 어느 정도 정확하게 재현할 수 있는가?
• RQ5 이 모형에서 R-대칭 보존은 글루아티노와 스골드스티노 상태의 생성 및 붕괴에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 컴프헤프 패키지는 경량 글루아티노와 스골드스티노를 포함하는 모형을 성공적으로 구현하였으며, 모든 새로운 결합 상수는 $F$와 MSSM의 연성 초대칭 위반 매개변수에 의해 완전히 결정된다.
• 온쉘 글루아티노 또는 스골드스티노를 포함하는 모든 1차 수준 붕괴율과 단면적은 기존의 분석 결과와 고정밀도로 재현되었으며, 일치하였다.
• 스골드스티노가 SM 필드 및 금속보우와의 상호작용은 참고문헌 [9, 10]의 결과와 검증되었으며, 현재 모형에 존재하지 않는 추가 매개변수를 포함한 항까지도 일치하였다.
• 패키지는 R-대칭의 구조를 정확히 처리한다: 글루아티노는 R-홀로 안정하며, LSP이다. 반면 스골드스티노는 R-짝이며 SM 입자로 붕괴할 수 있다. 이는 두 광자로의 붕괴도 포함된다.
• 수치적 검증을 통해 패키지가 다양한 채널에서 스골드스티노 생성을 정확히 계산하는 것으로 확인되었으며, 기대되는 정밀도 내에서 참고문헌 [9, 17]의 결과와 일치하였다.
• 모형은 향후 컴프헤프 프레임워크의 향상에 따라 CP 및 풍미 위반 스골드스티노 결합, 그리고 슈퍼파트너와의 스골드스티노 상호작용을 포함하도록 확장 가능하다.