[논문 리뷰] Impact of SUSY CP Phases on Stop and Sbottom Decays in the MSSM

A. Bartl, S. Hesselbach외 3명|ArXiv.org|2003. 06. 27.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 26인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 MSSM의 매개변수 $A_t$, $A_b$, 및 $μ$에서의 복잡한 CP 위반 위상이 가벼운 토프 스쿼크와 바텀 스쿼크($\tilde{t}_1$, $\tilde{b}_1$)의 붕괴 분지비에 미치는 영향을 조사한다. 달라지는 쿼크 질량과 복잡한 요카비 상수를 사용한 최고차 붕괴 폭을 통해, 특히 $\tilde{b}_1 \to H^-\tilde{t}_1$의 분지비가 $\varphi_{A_b}$에 강하게 의존함을 보여주며,未래 $e^+e^-$ 충돌기에서 $A_t$와 $A_b$를 식별하는 데 중요한 함의를 지닌다.

ABSTRACT

We study the decays of top squarks and bottom squarks in the Minimal Supersymmetric Standard Model with complex parameters A_t, A_b and mu. In a large region of the supersymmetric parameter space the branching ratios of stop_1 and sbottom_1 show a pronounced phase dependence. This could have an important impact on the search for stop_1 and sbottom_1 at a future linear collider and on the determination of the supersymmetric parameters.

연구 동기 및 목표

• . 논문은 $A_t$, $A_b$, 및 $\mu$의 복잡한 위상들이 MSSM에서 $\tilde{t}_1$과 $\tilde{b}_1$의 붕괴 특성에 어떻게 영향을 미치는지 평가하고자 한다.
• CP 위반 위상이 $A_t$와 $A_b$에 있어서 전기 dipole 모멘트(EDM) 데이터로 엄격히 제약을 받지 않아 현상학적 효과가 크다는 문제를 다룬다.
• 이 목표는 이러한 위상들이 향후 $e^+e^-$ 충돌기 실험에서 분지비를 통해 탐지될 수 있는지 확인하는 데 있다.
• 특히 양성자 히긴스 보손을 포함한 붕괴 채널과의 위상 간의 상호작용을 명확히 하고자 한다.
• 이 연구는 이러한 위상 효과가 MSSM에서 $A_t$와 $A_b$ 매개변수의 결정에 미치는 영향을 정량화하고자 한다.

제안 방법

• . 분석은 $A_t$, $A_b$, 및 $\mu$의 복잡한 소프트 붕괴 매개변수를 갖는 MSSM을 사용하며, 게이지노 질량은 실수로 유지한다.
• 최고차 붕괴 폭은 최종 상태 입자의 온-shell 질량과 요카비 상수에 사용된 러닝 질량을 사용하여 계산한다.
• 좌우 스쿼크 혼합은 복잡한 비대칭 요소를 갖는 $2\times2$ 에르미트 질량 행렬로 기술되며, 이는 $\varphi_{\tilde{q}} = \arg[A_q - \mu^* \tan^{-2T_q^3}\beta]$에 의존하여 위상 의존성을 갖는다.
• 질량 고유상태 $\tilde{q}_1$과 $\tilde{q}_2$는 혼합 각도 $\theta_{\tilde{q}}$와 위상 $\varphi_{\tilde{q}}$로부터 유도되며, 질량 행렬 요소로부터 $\cos\theta_{\tilde{q}}$와 $\sin\theta_{\tilde{q}}$가 계산된다.
• 베이치마크 시나리오에 대해 수치 결과를 생성하였으며, 이는 $m_{\tilde{b}_1}$이 가벼운 경우, $|A_t| = |A_b| = 600$ GeV, $\varphi_\mu = \pi$, $\varphi_{A_t}$와 $\varphi_{A_b}$를 변화시키며, $B(b \to s\gamma)$가 실험적 한계 내에 있도록 보장하였다.
• 분지비의 등고선도를 사용하여 $\varphi_{A_b}$, $\varphi_{A_t}$, 및 $|A_b|$에 대한 의존성을 시각화하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 . $A_t$, $A_b$, 및 $\mu$의 복잡한 위상은 MSSM에서 $\tilde{t}_1$과 $\tilde{b}_1$ 붕괴의 분지비에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 . $\varphi_{A_b}$는 $\tilde{b}_1 \to H^-\tilde{t}_1$의 부분 붕괴 폭과 분지비에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ3 . $\tilde{t}_1$ 붕괴 관측량을 통해 위상 $\varphi_{A_t}$를 크기 $|A_t|$와 분리할 수 있는가?
• RQ4 . $\tilde{b}_1$ 붕괴의 분지비는 $\varphi_{A_b}$에 어떻게 의존하며, $\tilde{b}_R\tilde{t}_L H^-$ 상호작용은 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 . $B(b \to s\gamma)$ 한계는 매개변수 공간에서 타당한 $\varphi_{A_t}$와 $\varphi_{A_b}$ 영역에 어떤 제약을 가하는가?

주요 결과

• . $B(\tilde{b}_1 \to H^-\tilde{t}_1)$의 분지비는 $\varphi_{A_b}$에 강하게 의존하며, $0.75\pi < \varphi_{A_b} < 1.75\pi$ 범위에서 최대가 된다. 이는 $\tilde{b}_R\tilde{t}_L H^-$ 상호작용의 위상 때문이며,
• . 부분 붕괴 폭 $\Gamma(\tilde{b}_1 \to H^-\tilde{t}_1)$는 주로 $\varphi_{A_b}$에 민감한 $\tilde{b}_R\tilde{t}_L H^-$ 정점의 위상 의존성에 의해 결정된다.
• . $B(\tilde{b}_1 \to \tilde{\chi}^0_{1,2}b)$의 분지비는 $\varphi_{A_b}$에 대해 약하게 의존하며, 혼합 행렬의 위상 의존성이 거의 상쇄되기 때문이다.
• . 총 붕괴 폭의 $\varphi_{A_b}$ 의존성은 $\tilde{b}_1$ 붕괴의 분지비에 비트리비한 측정 가능한 위상 의존성을 유도한다.
• . 등고선도는 $\varphi_{A_b}$-$\varphi_{A_t}$ 상관관계가 강하며, $\varphi_{A_t} = \pi/4$로 인해 대칭축이 $\varphi_{A_b} = 1.25\pi$로 이동함을 보여주며, 이는 두 위상 간의 상호작용을 나타낸다.
• . $B(b \to s\gamma) < 2.0 \times 10^{-4}$를 만족하는 매개변수 영역은 작고, 특정한 $\varphi_{A_t}$ 값에서만 접근 가능하며, 이는 핵심적인 실험적 제약임을 강조한다.