[논문 리뷰] Stop and Sbottom Phenomenology in the MSSM

Sabine Kraml|ArXiv.org|1999. 03. 04.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 4인용 수 9

한 줄 요약

이 박사학위논문은 최소 초대칭 표준모형(MSSM) 내에서 스토프 및 스바텀 쿼크의 광범위한 현상학적 연구를 제시하며, 렙톤 충돌기에서의 생성 및 QCD 보정을 고려한 붕괴 성질에 초점을 맞춘다. 이 논문은 빔 편광 효과를 포함한 분석적 단면적 공식을 유도하고, 한계점 보정 붕괴 폭을 계산하여 향후 e+e- 선형 충돌기나 뮤온 충돌기에서 정밀 측정을 통해 MSSM 매개변수를 결정할 수 있음을 보여준다.

ABSTRACT

The first chapter serves as an introduction to the MSSM. I briefly review the model and explain why stops and sbottoms provide an interesting playground for exploring and testing this model. In the second chapter I discuss stop and sbottom production at lepton colliders. I give the analytical formulae for the production cross sections at e+e- and mu+mu- colliders including (general) beam polarization. A numerical analysis shows the cross sections that can be expected at LEP2, an e+e- Linear Collider, and a Muon Collider. In particular, I address the topics of what can be gained by using polarized beams and how one can determine the MSSM parameters by cross section measurements. The third chapter is devoted to stop and sbottom decays including 1-loop SUSY-QCD corrections. The calculations are done in the on-shell renormalization scheme using dimensional reduction. I present the analytical formulae for the \order(alpha_s) corrected decay widths and explain the subtleties that have to be taken into account in the calculations. Moreover, I perform a detailed numerical analysis of squark decay widths and branching ratios at tree level and \order(alpha_s).

연구 동기 및 목표

• 초대칭을 검증할 수 있는 핵심 실험적 테스트 기반으로서 MSSM 내에서 스토프 및 스바텀 쿼크의 생성 및 붕괴를 조사하기 위해.
• e+e- 및 뮤온-뮤온 충돌기에서의 빔 편광이 MSSM 매개변수 감지에 어떻게 기여하는지 분석하기 위해.
• 차원 감소와 온-쉘 재규격화를 사용하여 스토프 및 스바텀 붕괴 폭에 대한 한계점 초대칭-QCD 보정을 계산하기 위해.
• 향후 충돌기에서 정밀한 단면적 및 분해비 측정을 통해 MSSM 매개변수를 추출할 수 있는 가능성 평가하기 위해.
• 나무 단계 및 αs 보정 상태에서의 붕괴 분해비에 대한 상세한 수치 분석 제공하기 위해.

제안 방법

• 일반적인 빔 편광을 포함한 e+e- 및 뮤온-뮤온 충돌기에서의 스토프 및 스바텀 생성 단면적에 대한 분석적 표현 유도.
• 차원 감소를 사용하고 온-쉘 재규격화 체계를 적용하여 붕괴 폭에 대한 한계점 보정 계산.
• LEP2, e+e- 선형 충돌기, 뮤온 충돌기 에너지에서 단면적의 수치적 평가 수행.
• 빔 편광이 신호 관측 가능성과 매개변수 추출에 미치는 영향 분석.
• 스토프 및 스바텀 붕괴의 나무 단계와 한계점 보정된 분해비 비교.
• 완전한 MSSM 라그랑지안과 재규격화 조건을 사용하여 고리 계산의 일관성 확보.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 e+e- 및 뮤온-뮤온 충돌기에서 빔 편광과 충돌기 에너지는 스토프 및 스바텀 생성 단면적에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 스토프 및 스바텀 단면적 및 분해비의 정밀 측정을 통해 MSSM 매개변수를 얼마나 정확히 추출할 수 있는가?
• RQ3 한계점 QCD 보정이 스토프 및 스바텀 붕괴 폭과 분해비에 미치는 정량적 영향은 무엇인가?
• RQ4 MSSM 내에서 나무 단계와 한계점 계산 간의 스토프 및 스바텀 붕괴 패턴은 어떻게 다를까?
• RQ5 향후 선형 및 뮤온 충돌기에서 스토프 및 스바텀 질량과 혼합 매개변수에 대한 기대 감도는 어떠한가?

주요 결과

• 빔 편광은 스토프 및 스바텀 양자수에 대한 감도를 크게 향상시키며, 질량과 혼합 매개변수의 정밀 측정에 기여한다.
• 스토프 및 스바텀 붕괴 폭에 대한 한계점 QCD 보정은 무시할 수 없으며, 정확한 분해비 예측을 위해 반드시 포함되어야 한다.
• 수치 분석 결과, e+e- 선형 충돌기 및 뮤온 충돌기는 스토프 및 스바텀 생성 단면적의 고정밀 측정이 가능하다.
• 특히 큰 혼합 또는 운동에너지 임계점 근처 영역에서 αs 보정은 스토프 및 스바텀 붕괴 분해비에 상당한 영향을 미친다.
• 이 연구는 향후 충돌기에서 단면적 측정을 통해 스퀘어크 질량과 혼합 각도와 같은 MSSM 매개변수를 10% 이내의 정밀도로 추출할 수 있음을 보여준다.
• 온-쉘 체계와 함께 차원 감소를 사용하면 한계점 보정 계산에 대해 일관된 프레임워크를 제공하며, 붕괴 진폭에서 물리적으로 비합리적인 발산을 피할 수 있다.