[논문 리뷰] Searching for R-Parity Violation at Run-II of the Tevatron

B. C. Allanach, Howard Baer외 24명|arXiv (Cornell University)|1999. 06. 03.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 1인용 수 14

한 줄 요약

이 논문은 테바트론의 런 II 기간 동안 R-포지티비티 위반 초대칭의 발견 잠재력을 조사하며, R-포지티비티 위반 붕괴를 따르는 공진 상태 렙톤 및 쿼크의 생성에 초점을 맞춘다. 실험적 데이터는 특정 매개변수 조건 하에서 80–100 GeV 이하의 토프 스쿼크 질량을 이미 제약 조건으로 삼고 있다. 같은 전하의 딜레프톤, 부족 에너지, 토프/스바텀 붕괴 모드와 같은 특정 서명이 R-포지티비티 위반을 나타낼 수 있다.

ABSTRACT

We present an outlook for possible discovery of supersymmetry with broken R-parity at Run II of the Tevatron. We first present a review of the literature and an update of the experimental bounds. In turn we then discuss the following processes: 1. Resonant slepton production followed by R-parity violating decay, (a) via $LQD^c$ and (b) via $LLE^c$. 2. How to distinguish resonant slepton production from $Z'$ or $W'$ production. 3. Resonant slepton production followed by the decay to neutralino LSP, which decays via $LQD^c$. 4. Resonant stop production followed by the decay to a chargino, which cascades to the neutralino LSP. 5. Gluino pair production followed by the cascade decay to charm squarks which decay directly via $L_1Q_2D^c_1$. 6. Squark pair production followed by the cascade decay to the neutralino LSP which decays via $L_1Q_2D^c_1$. 7. MSSM pair production followed by the cascade decay to the LSP which decays (a) via $LLE^c$, (b) via $LQD^c$, and (c) via $U^cD^cD^c$, respectively. 8. Top quark and top squark decays in spontaneous R-parity violation.

연구 동기 및 목표

• 테바트론 런 II 기간 동안 R-포지티비티 위반 초대칭의 발견 잠재력을 평가하기 위해.
• 공진 상태 렙톤 및 쿼크 생성 후 R-포지티비티 위반 붕괴에서 유래하는 특징적인 서명을 식별하기 위해.
• 표준 모형 또는 $Z'$/$W'$ 공진과의 R-포지티비티 위반 신호를 구별하기 위해.
• 기존 테바트론 데이터를 활용해 R-포지티비티 위반 커플링을 제약 조건으로 삼기 위해.
• 이중선형 R-포지티비티 위반의 맥락에서 토프 스쿼크 붕괴 모드 $\tilde{t}_1 \to \tau^+ b$ 및 $\tilde{t}_1 \to c \tilde{\chi}^0_1$ 의 타당성을 평가하기 위해.

제안 방법

• R-포지티비티 위반 초대칭 퍼텐셜 항 $W_{\not R_p}$ 를 분석하며, $\lambda_{ijk}$, $\lambda'_{ijk}$, $\lambda''_{ijk}$, $\kappa_i$ 커플링을 포함한다.
• 공진 상태 렙톤 및 쿼크 생성을 평가하며, $q\bar{q} \to \tilde{\ell}$, $\tilde{q}$ 이후 $LQD^c$, $LLE^c$, $U^cD^cD^c$ 정점을 통한 계단식 붕괴를 분석한다.
• 테바트론 데이터에서 토프 쿼크 붕괴 및 제3세대 렙톤 쿼크 탐색 결과를 실험적 제약 조건으로 적용한다.
• 일반화된 소프트 브레이킹 항을 가진 mSUGRA 모델을 사용해 스파article 질량과 분해비율을 시뮬레이션한다.
• 다양한 $\epsilon_3/\mu$ 및 $A_0$ 매개변수 조건 하에서 $\tilde{t}_1 \to \tau^+ b$ 및 $\tilde{t}_1 \to c \tilde{\chi}^0_1$ 붕괴 채널의 몬테카를로 스타일 분석을 수행한다.
• 검출 가능성과 구별 가능성 평가를 위해 R-포지티비티 위반 붕괴 모드를 표준 MSSM 계단식 붕괴와 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 테바트론에서 렙톤 및 쿼크의 주요 R-포지티비티 위반 붕괴 모드는 무엇이며, MSSM 기대치와 어떻게 다를까?
• RQ2 LQD^c 또는 LLE^c 정점을 통한 공진 상태 렙톤 생성은 $Z'$ 또는 $W'$ 공진과 어떻게 구별될 수 있을까?
• RQ3 $\tilde{t}_1 \to \tau^+ b$ 붕괴 모드가 다른 붕괴 모드보다 지배적인 조건은 무엇이며, 이는 테바트론 데이터로 어떻게 제약을 받을까?
• RQ4 이중선형 R-포지티비티 위반 존재 시, 토프 및 토프 스쿼크 붕괴의 분해비율은 어떻게 변화하는가?
• RQ5 기존 테바트론 결과로부터 $\tilde{t}_1$ 질량과 $\epsilon_3/\mu$ 비율에 대한 운동학적 및 커플링 제약 조건은 무엇인가?

주요 결과

• 경계 조건 $A_0 = -650$ GeV 및 $|\epsilon_3/\mu| = 0.5$ 일 때, $m_{\tilde{t}_1} < m_{\tilde{\chi}^+} + m_b$ 이며 $BR(\tilde{t}_1 \to \tau^+ b) \approx 1$ 인 영역은 테바트론 데이터로 거의 배제된다.
• $A_0 = -900$ GeV 일 경우, $m_{\partial{t}_1} < m_{\tilde{\chi}^+} + m_b$ 영역의 상당 부분이 런 II 기간 동안 발견 가능성이 유지된다.
• $|\epsilon_3/\mu| < 10^{-3}$ 일 때, 특히 $\tan\beta$ 가 클 경우, $\tilde{t}_1 \to c \tilde{\chi}^0_1$ 붕괴 모드는 $b\tau$ 붕괴와 경쟁 가능해진다.
• 테바트론 데이터에서 비-W 붕괴의 토프 쿼크에 대한 결과는 $\tan\beta = 3$ 이고 $A_0 = -650$ GeV 일 때, $\tilde{t}_1$ 질량이 80–100 GeV 이하로 제약을 받고 있다.
• 경계 조건에서 가장 가벼운 카이닉이 운동학적으로 접근 불가능할 경우, $\tilde{t}_1 \to \tau^+ b$ 붕괴 모드는 지배적이며 분해비율이 100%에 도달할 수 있다.
• $\tilde{t}_1 \to c \tilde{\chi}^0_1$ 채널은 $|\epsilon_3/\mu| > 10^{-2}$ 일 때에만 의미 있는 영향을 미치며, R-포지티비티 위반 커플링이 무시 가능할 정도로 큰 값을 가져야 한다.