[논문 리뷰] LSP sneutrino decays into heavy standard model pairs

D. Aristizábal Sierra, Diego Restrepo외 1명|arXiv (Cornell University)|2012. 12. 13.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 13인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 이차 R-짝성 위반(BRpV) 스누트리노 붕괴가 무거운 표준모형 상태(W⁺W⁻, ZZ, hh, tt̄), 비가시성 νν 모드, 그리고 이종형 렙톤(lᵢ⁺lⱼ⁻)로의 붕괴를 조사하며, BRpV 매개변수 εᵢ가 스누트리노 진공기대값 vᵢ보다 훨씬 작을 경우 이러한 비전통적 모드가 기존의 b̄b 최종 상태를 초월해 지배할 수 있음을 보여준다. 주요 결과는 이러한 붕괴가 다중 렙톤 또는 무거운 공명 상태 이벤트를 유도하여 LHC에서 고유한 서명을 만들어내며, 이는 SUSY의 새로운 탐색 수단이 되고, 다수의 스누트리노 세대가 이 방식으로 붕괴될 경우 BRpV가 중성미온 질량의 유일한 원인일 수 없음을 배제할 수 있다.

ABSTRACT

In bilinear R-parity violation (BRpV), in which the superpotential includes a bilinear term between the lepton doublet and the up-type Higgs superfields, a sneutrino LSP can decay into pairs of heavy standard model states: W's, Z's, tops or Higgs bosons. These finals states can dominate over the traditionally considered bottom pair final state. This would lead to unique and novel supersymmetric signals with each supersymmetric event possibly producing two pairs of these heavy standard model fields. We investigate this possibility and find that the branching ratio into heavier states dominates when the bilinear term is much smaller than the sneutrino vacuum expectation value for a given sneutrino flavor. When BRpV is the only source of neutrino masses these decays can only dominate for one of the sneutrino generations. Relaxing this constraint opens these channels for all three generations.

연구 동기 및 목표

• 이차 R-짝성 위반(BRpV) 모델에서 스누트리노 LSP의 비전통적 붕괴 모드를 조사하여 표준 b̄b 최종 상태를 초월한다.
• 이러한 새로운 모드(W⁺W⁻, ZZ, tt̄, νν, lᵢ⁺lⱼ⁻)가 b̄b 붕괴를 지배하는 조건을 규명한다.
• 특히 다중 렙톤 또는 무거운 공명 상태와 같은 고유한 서명이 가능한지 LHC 탐색에 대한 현상물리적 함의를 평가한다.
• 여러 스누트리노 세대가 BRpV를 통해 이러한 모드로 붕괴되는 경우 BRpV가 중성미온 질량의 유일한 원인일 수 없음을 배제할 수 있는지 탐색한다.
• BRpV 기여가 중성미온 질량에 지배적이지 않을 경우 스누트리노 붕괴 길이를 계산하고 이격된 정점 서명의 가능성 여부를 평가한다.

제안 방법

• 이 연구는 초대칭 이론에서 이차 R-짝성 위반(BRpV)을 기술하기 위해 유효장이론 접근법을 사용하며, 이론의 초위상에서 렙톤 이중체와 업형 힉스 초장 간의 이차항 혼합을 포함한다.
• 붕괴 분포율은 페르미온 이론과 스핀 암력 기법을 사용하여 W⁺W⁻, ZZ, hh, tt̄, νν, lᵢ⁺lⱼ⁻ 등의 다양한 최종 상태로의 스누트리노 붕괴를 계산한다.
• 중성미온 질량 데이터, 특히 세이브 메커니즘을 고려하여 BRpV 매개변수 εᵢ를 관측된 중성미온 질량 척도와 연결한다.
• 스누트리노 붕괴 길이는 BRpV 기여가 대기 및 태양 중성미온 질량 분할에 기여하는 정도에 따라 계산되며, 공식 L ∝ 1 / (Γ × γ)에 따라 Lorentz 보정 계수 γ를 포함한다.
• BRpV 기여가 관측된 값과 비교될 때, 중성미온 질량 기여의 비율 rν = Δm₃₂,₂₁^{BRpV} / Δm₃₂,₂₁^{Exp}을 사용하여 붕괴의 현상물리적 타당성을 평가한다.
• LHC에서 스누트리노의 생성 메커니즘을 고려하며, 쿼크와 글루아이노가 너무 무거운 경우를 제외하고는 강한 상호작용 생성이 지배적일 것으로 예상된다. 이 경우 전자기적 생성도 여전히 가능할 수 있다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 BRpV 모델에서 스누트리노 LSP가 무거운 SM 상태(W⁺W⁻, ZZ, hh, tt̄)로 붕괴할 때, 기존의 b̄b 최종 상태를 초월하는 조건은 무엇인가?
• RQ2 εᵢ / vᵢ 비율이 이종형 렙톤 모드(lᵢ⁺lⱼ⁻)와 무거운 SM 최종 상태로의 붕괴 분포율에 미치는 영향은 어떠한가?
• RQ3 여러 스누트리노 세대가 비전통적 BRpV 모드로 붕괴되는 것이 관측될 경우, BRpV가 중성미온 질량의 유일한 원인일 수 없음을 배제할 수 있는가?
• RQ4 BRpV 기여가 중성미온 질량에 지배적이지 않을 경우, 특히 이격된 정점과 검출 가능한 서명에 대한 LHC 현상물리적 함의는 무엇인가?
• RQ5 스누트리노 붕괴 길이는 BRpV 기여가 중성미온 질량 기여에 비해 얼마나 되는지에 따라 어떻게 달라지며, 이격된 정점 탐지의 가능 범위는 무엇인가?

주요 결과

• 특정 렙톤 성분에 대해 BRpV 매개변수 εᵢ가 스누트리노 진공기대값 vᵢ보다 훨씬 작을 경우, 비전통적 최종 상태(W⁺W⁻, ZZ, hh, tt̄, νν, lᵢ⁺lⱼ⁻)로의 붕괴 분포율이 b̄b를 초월한다.
• BRpV가 중성미온 질량의 유일한 기여원인일 경우, 태양 중성미온 데이터 제약 조건으로 인해 이러한 지배는 오직 한 개의 스누트리노 렙톤 성분에 대해서만 가능하다.
• BRpV 기여가 중성미온 질량에 지배적이지 않을 경우, 비전통적 붕괴의 지배는 모든 세 개의 스누트리노 세대로 확장될 수 있다.
• BRpV 기여가 관측된 값의 약 ∼10⁻⁵ 이하일 경우 스누트리노 붕괴 길이가 1미터를 초과할 수 있으며, 이는 검출 가능한 이격된 정점 서명을 유도할 수 있다.
• BRpV 기여가 관측된 중성미온 질량 척도의 약 ∼10⁻³% 이상일 경우 스누트리노 붕괴 길이는 일반적으로 10cm 이하로 줄어들며, BRpV 항이 매우 작지 않은 한 장수 수명 신호는 불가능하다.
• 스누트리노 붕괴에서 유도되는 다중 렙톤 또는 무거운 공명 최종 상태는 기존의 b̄b 모드에 비해 QCD 배경이 감소하여 검출 가능성은 향상되는 고유하고 새로운 LHC 서명을 제공한다.