[논문 리뷰] Phenomenology of stops, sbottoms, $ au$ sneutrinos, and staus at an $e+ e-$ linear collider

A. Bartl, H. Eberl외 3명|arXiv (Cornell University)|2000. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 √s = 0.5–1 TeV인 e⁺e⁻ 선형 충돌기에서 제3세대 스퍼미온—스톱, 스바텀, 스토, 타우 스넬레우트리노—의 생성 및 붕괴 현상학을 조사한다. MSSM 내에서 일계 교정과 비드 편광을 사용하여, 편광된 비드가 스퍼미온 혼합 매개변수에 대한 민감도를 크게 향상시켜 소프트 SUSY 위반 매개변수의 정밀 측정을 가능하게 하며, 선형 충돌기가 경량 스토프(𝐦̃𝐭₁ < 250 GeV)와 고탄베타 조건에서 히드론 충돌기에서 실패하는 스토를 탐지할 수 있는 발견 기계가 되도록 한다.

ABSTRACT

We discuss production and decays of stops, sbottoms, tau-sneutrinos, and staus in $e^+e^-$ annihilation in the energy range $\sqrt{s} = 0.5-1$ TeV. We present numerical predictions within the Minimal Supersymmetric Standard Model for cross sections and decay rates, including one-loop radiative corrections as well as initial state radiation. We also study the importance of beam polarization for the determination of the underlying SUSY parameters. Moreover, we make a comparison of the potential to study squarks and sleptons of the 3rd generation between Tevatron, LHC, and Linear Collider.

연구 동기 및 목표

• √s = 0.5–1 TeV인 e⁺e⁻ 선형 충돌기에서 제3세대 스퍼미온—스톱, 스바텀, 스토, 타우 스넬레우트리노—의 탐지 잠재력과 정밀 측정 가능성을 평가하기 위해.
• 비드 편광이 스퍼미온 혼합 각도에 대한 민감도와 질량 고유상태(˜f₁ 대 ˜f₂)의 분리에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 특히 도전적인 매개변수 영역에서, 테바트론과 LHC와 비교하여 e⁺e⁻ 선형 충돌기의 경량 스토프와 스토의 탐지 범위를 평가하기 위해.
• 생산 단면적과 분해비 측정을 통해 스탑 섹터의 소프트 SUSY 위반 매개변수를 어느 정도 정밀도로 결정할 수 있는지 정량화하기 위해.

제안 방법

• 분석은 일계 교정과 초기 상태 복사 효과를 포함한 최소 초대칭 표준모형(MSSM)에 기반한다. 생산 단면적 계산에 사용된다.
• 스퍼미온 질량 행렬은 소프트 SUSY 위반 매개변수(M̃Q, M̃U, M̃D, M̃L, M̃E), 삼중 상호작용 계수(At, Ab, Aτ), 그리고 tanβ를 사용하여 구성되며, 혼합 각도는 2×2 행렬의 대각화로부터 유도된다.
• 편광된 비드를 사용하여 트리 수준에서 e⁺e⁻ → ˜fi ˜f̄j의 생산 단면적을 계산하며, γ 및 Z 교환과 간섭 효과를 포함한다. 이 간섭 효과는 스퍼미온 혼합 각도에 따라 달라진다.
• 이중 및 고차원 붕괴의 분해비를 계산하며, 중성이나이노, 카린초, 글루아노, 힉스 또는 게이지 보손으로의 전이를 포함한다. 경계 조건이 낮은 ˜t₁의 경우 운동에너지 억제가 발생한다.
• SUSY 매개변수에 대한 민감도는 스탑 혼합 행렬에 대한 오차 추정을 통해 평가되며, 비드 편광이 혼합 각도 의존성을 향상시켜 정밀도를 향상시킨다.
• 선형 충돌기, 테바트론, LHC 간의 비교 연구를 수행하여, m̃t₁ < 250 GeV 및 고탄베타 조건에서의 스토의 탐지 범위에 중점을 둔다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 √s = 0.5–1 TeV인 e⁺e⁻ 선형 충돌기는 LHC와 테바트론에서 탐지되지 않는 경량 스토프(𝐦̃𝐭₁ < 250 GeV)를 탐지할 수 있는가?
• RQ2 비드 편광은 스퍼미온 혼합 각도에 대한 민감도를 어떻게 향상시키며, ˜f₁과 ˜f₂ 질량 고유상태의 분리를 어떻게 향상시키는가?
• RQ3 제3세대 스퍼미온의 주요 붕괴 모드는 무엇이며, 분해비는 혼합 각도와 SUSY 매개변수에 어떻게 의존하는가?
• RQ4 선형 충돌기에서 스탑 섹터의 소프트 SUSY 위반 매개변수는 어느 정도 정밀도로 결정될 수 있는가?
• RQ5 어떤 MSSM 매개변수 영역에서 스토와 경량 스토프는 히드론 충돌기에서는 탐지 불가능하지만, e⁺e⁻ 충돌기에서는 탐지 가능한가?

주요 결과

• 스톱과 스바텀 쌍의 생산 단면적은 γ와 Z 교환 간의 상쇄 간섭으로 인해 스퍼미온 혼합 각도에 강하게 의존하며, 특정 혼합 각도에서 특징적인 최소값을 보인다.
• 비드 편광은 스퍼미온 혼합 매개변수에 대한 민감도를 크게 향상시킨다: ˜f₂ 쌍 생성을 선택적으로 증가시키거나 ˜f₁ 쌍 생성을 억제할 수 있으며, 이는 질량 고유상태의 분리를 향상시킨다.
• 𝐦̃t₁ < 250 GeV인 경우, LHC와 테바트론는 t¯t 배경이 지나치게 강하고 운동에너지 억제로 인해 스토프 탐지에 심각한 곤경을 겪는다. √s = 500 GeV인 선형 충돌기는 이러한 경량 스토프의 탐지 기계로 기능할 수 있다.
• 스토는 LHC에서 탐지 가능하나, tanβ > 10 이고 카린초/중성이나이노가 스토로 붕괴하는 분해비가 클 경우에 한해 제한된 매개변수 영역에서만 가능하다. 이 외의 경우, 스토는 여전히 탐지 불가능하다.
• 선형 충돌기에서 스탑 혼합 행렬 매개변수의 정밀도는 몇 퍼센트 수준에 도달할 수 있으며, 이는 소프트 SUSY 위반 매개변수의 고정밀 측정 가능성을 보여준다.
• 모든 이중 붕괴가 운동에너지적으로 금지될 경우, 가장 가벼운 스토프(˜t₁)의 고차원 붕괴가 지배적이며, 이는 게이지 또는 힉스 보손을 포함하는 복잡한 캐스케이드 붕괴로 이어진다.