[논문 리뷰] Light stops in the MSSM parameter space

A. V. Gladyshev, D. I. Kazakov외 1명|ArXiv.org|2007. 04. 11.

Geophysics and Sensor Technology참고 문헌 3인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 큰 음의 삼중항 상호작용 상수 $A_0$에 의해 유도되는 MSSM 매개변수 공간의 좁은 영역을 규명한다. 여기서 토프 스쿼크(스탑)는 가벼워지고, 다음으로 가벼운 초대칭 입자(NLSP) 또는 심지어 가장 가벼운 초대칭 입자(LSP)가 될 수 있다. 이 영역에서는 스탑이 장수할 수 있으며, 이는 이심점이 있는 LHC 서명, 예를 들어 이격된 병합점이나 R-하드론 형성과 같은 특징을 가진다. 스탑 질량이 150 GeV 이하일 경우 쌍 생성 단면적은 수십 pb에 이를 수 있다.

ABSTRACT

We consider the regions of the MSSM parameter space where the top squarks become light and even may be the LSP. This happens when the triple scalar coupling A becomes very big compared to m_0. We show that in this case the requirement that the LSP is neutral imposes noticeable constraint on the parameter space excluding low m_0 and m_{1/2} similar to constraint from the Higgs mass limit. In some cases these constraints overlap. This picture takes place in a wide region of anβ. In a narrow band close to the border line the stops are long-lived particles and decay into quarks and neutralino (chargino). The cross-section of their production at LHC via gluon fusion mechanism in this region may reach a few pb.

연구 동기 및 목표

• 큰 음의 삼중항 상호작용 상수 $A_0$에 의해 토프 스쿼크가 가벼워지고 잠재적으로 장수할 수 있는 MSSM 매개변수 공간의 영역을 규명하는 것.
• LHC에서 이러한 가벼운 스탑의 현상학적 결과를 검토하는 것, 생산 단면적과 붕괴 서명을 포함하여.
• 이 시나리오가 힉스 보존 질량, 치아린초 질량 제약, WMAP 잔류 밀도와의 일치성을 평가하는 것.
• 장수하는 스탑으로 인해 스탑 R-하드론 형성과 이격된 병합점 신호가 발생할 수 있는지 탐색하는 것.
• 정밀 조정과 천체물리적 영향, 특히 바리온 비대칭의 역할을 평가하는 것.

제안 방법

• 유니버설 소프트 항을 가진 mSUGRA 프레임워크를 사용하며, 뮤온 비정상 자기모멘트 문제를 해결하기 위해 $\mu > 0$로 고정한다.
• 반사 전자약 대칭 붕괴와 게이지 상수 통합을 적용하여 매개변수 공간을 제약한다.
• 스탑 질량과 붕괴 모드를 계산하기 위해 ISAJET v.7.64 코드를 사용하며, $A_t - \mu \cot\beta$ 비례의 비대칭 항을 포함한 스탑 질량 행렬을 대각화한다.
• 다양한 $A_0$와 $\tan\beta$ 값에 대해 允가 가능한 매개변수 공간을 $m_0$–$m_{1/2}$ 평면에 투영하여 스탑이 LSP가 되는 경계를 규명한다.
• 그림 4의 $\tilde{t}\tilde{t}$ 생성 도형을 사용하여 LHC에서의 쌍 스탑 생성 단면적을 계산한다.
• $m_{1/2}$와 $|A_0|$에 따른 스탑 붕괴 분지 비율을 평가하며, 주로 $\tilde{t} \to c\tilde{\chi}^0_1$ (루프 억제되지만 장수 기간에 지배적임) 및 $\tilde{t} \to b\tilde{\chi}^\pm_1$ / $t\tilde{\chi}^0_1$ 모드에 집중한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 큰 음의 $A_0$에 의해 토프 스쿼크가 가벼워지고 잠재적으로 장수할 수 있는 MSSM 매개변수 공간의 영역은 어디인가?
• RQ2 이 영역에서 스탑 쌍의 LHC 생성 단면적은 스탑 질량과 $A_0$에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ3 장수 기간에 있는 스탑의 주요 붕괴 모드는 무엇이며, $m_{1/2}$와 $|A_0|$에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ4 이 시나리오는 힉스 보존 질량, 치아린초 질량 제약, 잔류 밀도 제약와 얼마나 잘 일치하는가?
• RQ5 장수하는 스탑이 LHC에서 관측 가능한 서명, 예를 들어 이격된 병합점이나 R-하드론 형성으로 이어질 수 있는가?

주요 결과

• 큰 음의 $A_0$ (예: $-3500$ GeV)일 경우 스탑 질량은 150 GeV 이하로 감소하며, $m_0$–$m_{1/2}$ 평면에서 좁은 밴드 내에서 스탑이 LSP가 될 수 있다.
• 스탑 질량이 $m_{\tilde{t}} < 150$ GeV일 경우 스탑 쌍 생성 단면적은 수십에서 수백 pb에 이르며, 더 무거운 스탑($m_{\tilde{t}} \sim 300$ GeV)일 경우 $|A_0| = 3500$ GeV이어도 몇 pb로 감소한다.
• 장수하는 스탑의 주요 붕괴 모드는 $\tilde{t} \to c\tilde{\chi}^0_1$이며, 이는 루프 억제되지만 장수 기간에서는 분지 비율이 100%에 이른다.
• 스탑 수명은 $A_0$–$m_{1/2}$ 공간의 넓은 영역에서 길어질 수 있으며, 특히 $m_{\tilde{t}} = m_{\tilde{\chi}^0_1}$ 경계 근처에서 수명이 길어지며, $c\tilde{\chi}^0_1$ 모드가 지배할 경우 수명이 증가한다.
• 스탑 질량 경계는 중간 $\tan\beta$에서 힉스 질량 제약과 겹치며, 이 두 제약 조건이 낮은 $m_0$와 $m_{1/2}$ 영역을 배제한다.
• 이 시나리오는 힉스 및 치아린초 질량 제약, WMAP 잔류 밀도를 충족하며, 바리온 비대칭을 유리하게 만들지만, $A_0$와 $\tan\beta$의 강한 정밀 조정이 필요하다.