[논문 리뷰] CP Violating Asymmetries Induced by Supersymmetry

Sebastian M. R. Frank|ArXiv.org|2009. 09. 22.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 3인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 복소 매개변수를 가진 최소 초대칭 표준모형(MSSM) 내에서 스토프 붕괴에서의 CP 위반 대칭성 비율을 조사한다. 1계 반경 보정과 러닝 양자수의 쿠폰링을 포함하여 붕괴율 비대칭성 𝛿CP와 그 분지비 곱을 계산하며, 전자 전기 dipole 모멘트(eEDM) 제약 조건을 만족시키는 조건에서 각각 약 24%와 약 3.5%의 최대값을 도출한다. 이 연구는 LHC에서 이러한 비대칭성을 측정할 수 있음을 확인한다.

ABSTRACT

In the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) with complex parameters, one-loop corrections to the decay of a stop into a bottom-quark and a chargino can lead to a CP violating decay rate asymmetry. We perform a detailed numerical analysis of this asymmetry and also of the branching ratio of the decay, analyzing the dependence on the parameters and complex phases involved. In addition, we take the Yukawa couplings of the top- and bottom-quark running. We account for the constraints on the parameters coming from the experimental limit of the electric dipole moment of the electron by calculating and thus checking it automatically along the way. We obtain as results that the asymmetry rises up to 24 percent, depending on the point in parameter space. The combined quantity asymmetry times branching ratio reaches up to 3.5 percent. We also comment on the feasibility of measuring this asymmetry at the Large Hadron Collider (LHC) at CERN. It will be possible to measure our decay rate asymmetry at LHC.

연구 동기 및 목표

• 복소 매개변수를 가진 MSSM 내에서 스토프 붕괴에서의 CP 위반 붕괴율 비대칭성 𝛿CP를 조사한다.
• 비대칭성 𝛿CP와 그 분지비 곱(𝛿CP×BR)이 모형 매개변수와 복소 위상에 따라 어떻게 변화하는지 분석한다.
• 분석 중에 자동으로 전자 전기 dipole 모멘트(eEDM)를 계산하여 실험적 상한값 제약 조건을 통합한다.
• 대형 하드론 충돌기(LHC)에서 예측된 CP 비대칭성을 실험적으로 측정할 수 있는지 평가한다.

제안 방법

• 스토프 붕괴에서 바텀 쿼크와 카이노르에 대한 비대칭성 𝛿CP를 계산하기 위해 공식 𝛿CP = [Γ⁺(𝑡̃𝑖 → b 𝑡̃χ⁺ₖ) - Γ⁻(𝑡̃*ᵢ → b̄ 𝑡̃χ⁺cₖ)] / [Γ⁺ + Γ⁻] 를 사용한다.
• 𝑡̃₁ → b 𝑡̃χ⁺₁ 및 𝑡̃₂ → b 𝑡̃χ⁺₁ 과정에 대해 𝛿CP와 𝛿CP×BR에 대한 세밀한 수치 분석을 수행한다.
• 톱 및 바텀 쿼크 양자수 쿠폰링을 러닝 쿠폰링으로 간주하여 1계 피카르도 다이어그램을 사용한다.
• 정밀한 진폭 계산을 위해 Passarino–Veltman 텐서 적분을 적용하고, 특수한 적분 형태를 통해 수치적 안정성을 확보한다.
• 치아노르–스누트론 및 중성노르–셀렉트론 루프에서 유도된 형상요소를 사용하여 전자 전기 dipole 모멘트(eEDM)를 자동으로 계산하여 매개변수 공간을 제약한다.
• 결과를 알려진 eEDM 한계와 비교하고, 매개변수 스캔 중 실시간 일관성 검증으로서 eEDM 계산을 통합한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 복소 매개변수를 가진 MSSM 내에서 스토프 붕괴에서의 CP 위반 붕괴율 비대칭성 𝛿CP의 최대 도달 가능한 값은 얼마인가?
• RQ2 𝛿CP×BR는 MSSM 매개변수 공간 전반에서 어떻게 변화하는가?
• RQ3 전자 전기 dipole 모멘트(eEDM) 제약 조건은 큰 CP 비대칭성에 적합한 매개변수 공간을 어느 정도 제한하는가?
• RQ4 대형 하드론 충돌기(LHC)에서 예측된 스토프 붕괴의 CP 비대칭성은 실험적으로 측정 가능한가?
• RQ5 비대칭성과 분지비는 MSSM의 복소 위상과 소프트-브레이킹 매개변수의 변화에 대해 얼마나 민감한가?

주요 결과

• 복소 위상이 있는 MSSM 매개변수 공간 내에서 CP 위반 붕괴율 비대칭성 𝛿CP는 약 24%의 최대값에 도달한다.
• 𝛿CP×BR 조합 관측량은 약 3.5%의 최대값을 기록하여 분지비 억제와 함께 측정 가능한 신호임을 시사한다.
• 분석 중에 자동으로 전자 전기 dipole 모멘트(eEDM)가 계산되며, 실험적 한계와의 호환성을 확보하는 데 사용된다.
• 큰 CP 비대칭성을 허용하는 매개변수 공간은 eEDM 제약 조건으로 인해 상당히 제한되며, 이는 풍미와 전기 dipole 모멘트 관측량 간의 상호작용을 강조한다.
• 이 연구는 LHC에서 CP 비대칭성 𝛿CP를 측정할 수 있음을 확인하여, 표준모형을 초월한 새로운 물리의 탐색 가능성을 제시한다.
• 결과는 복소 위상과 소프트-브레이킹 매개변수의 선택에 민감하며, 가장 큰 비대칭성은 MSSM 매개변수 공간의 특정 영역에서 발생한다.