[논문 리뷰] CP Violation in SUSY Particle Production and Decay

S. Hesselbach|ArXiv.org|2007. 09. 17.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 11인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 국제 선형 충돌기(ILC)에서 카르마이노 및 뉴트랄레오나이노 생성과 붕괴 과정에서의 CP-짝성 관측량—특히 삼중 곱 비대칭성과 횡방향 비틀림 기반 비대칭성—을 검토한다. 이 관측량들이 MSSM 매개변수 공간의 광범위한 영역에서 측정 가능하다는 것을 보여주며, 초대칭에서의 CP 위반을 탐지하고 정량화하는 강력한 모델 독립적 방법을 제공한다.

ABSTRACT

Recent studies about CP violation in the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) with complex parameters are reviewed. In order to unambiguously identify the CP-violating phenomena it is necessary to study CP-odd or T-odd observables. In chargino and neutralino production and decay at the International Linear Collider (ILC) triple product asymmetries and asymmetries defined via transverse beam polarization have been analyzed. It has been found that these asymmetries can be measured at the ILC in a large region of the MSSM parameter space and are thus an important tool to establish CP violation in supersymmetry.

연구 동기 및 목표

• 복소 매개변수를 가진 MSSM에서 CP 위반을 명확하게 탐지할 수 있는 CP-짝성 관측량을 식별하고 분석하기.
• ILC에서 카르마이노 및 뉴트랄레오나이노 생성과 붕괴 과정에서 삼중 곱 비대칭성과 횡방향 비틀림 기반 비대칭성의 측정 가능성 평가하기.
• 이 비대칭성이 통계적 유의성 기준을 충족시키는 MSSM 매개변수 공간의 영역을 규명하기.
• 삼중 곱과 비틀림 기반 비대칭성과 같은 다양한 CP-짝성 관측량의 감도를 비교하여 CP 위반 위상 탐지에 대한 성능 평가하기.

제안 방법

• 삼중 붕괴 과정인 $e^+e^- \to \tilde{\chi}_i + \tilde{\chi}_j \to \tilde{\chi}_i + \tilde{\chi}_1^0 f\bar{f}'$에서 운동량과 스핀의 T-짝성 삼중 곱 상관관계를 활용한다.
• CP-짝성 비대칭성을 $A_T = \frac{\sigma(\mathcal{T}_i > 0) - \sigma(\mathcal{T}_i < 0)}{\sigma(\mathcal{T}_i > 0) + \sigma(\mathcal{T}_i < 0)}$로 정의하며, 여기서 $\mathcal{T}_i$는 삼중 곱 상관관계이다.
• 전하 켤레 과정을 이용해 CP-짝성 효과를 분리하기 위해 진정한 CP 비대칭성을 $A_{\text{CP}} = \frac{A_T - \bar{A}_T}{2}$로 구성한다.
• 횡방향 비틀림을 적용하여 $i\epsilon_{\mu\nu\rho\sigma} t_\pm^\mu p^\nu_i p^\rho_j p^\sigma_k$ 형태의 제곱 진폭에서 CP-짝성 항을 생성한다.
• 뉴트랄레오나이노의 애자이멀 각도 분포를 이용해 $A_{\text{CP}}(\theta)$를 정의하고, 통계적 유의성을 $S = \sqrt{A_{\text{CP}}^2 \sigma \mathcal{L}_{\text{int}}}$로 계산한다.
• Monte Carlo 시뮬레이션과 $S > 5$ 조건을 만족시키기 위한 루미노시티 요구 조건을 활용해 MSSM 매개변수 공간 내 측정 가능한 영역 평가하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 카르마이노 및 뉴트랄레오나이노의 삼중 붕괴에서 삼중 곱 비대칭성은 MSSM에서의 CP 위반을 명확하게 탐지하는 데 유용한가?
• RQ2 ILC 데이터 맥락에서 CP-짝성 비대칭성의 통계적 유의성은 얼마이며, MSSM 매개변수의 어떤 범위에서 측정 가능한가?
• RQ3 횡방향 비틀림 기반 비대칭성은 뉴트랄레오나이노 쌍 생성에서의 CP 위반 탐지에 어떻게 기여하는가?
• RQ4 삼중 곱 비대칭성과 비틀림 기반 비대칭성이 모두 $S > 5$로 측정 가능한 MSSM 매개변수 공간의 영역은 어디인가?
• RQ5 다양한 CP-짝성 관측량의 감도를 통합 루미노시티 요구량과 신호 유의성 측면에서 비교하면 어떻게 되는가?

주요 결과

• 카르마이노 및 뉴트랄레오나이노의 삼중 붕괴에서 삼중 곱 비대칭성의 크기는 최대 30%에 이를 수 있으며, 강한 CP 위반 효과를 시사한다.
• For $e^+e^- \to \tilde{\chi}_1^0 + \tilde{\chi}_2^0 \to \tilde{\chi}_1^0 + \tilde{\chi}_1^0 \ell^+\ell^-$의 경우, 비대칭성은 MSSM 매개변수 공간의 광범위한 영역에서 통계적 유의성 $S > 5$를 제공한다.
• 횡방향 비틀림을 통해 뉴트랄레오나이노 쌍 생성에서 CP-짝성 비대칭성을 정의할 수 있다. 이는 뉴트랄레오나이노가 메이저라인 성질을 가지므로 진폭에 $i\epsilon_{\mu\nu\rho\sigma}$ 항이 존재하기 때문이다.
• 횡방향 비틀림 기반으로 정의된 CP-짝성 비대칭성 $A_{\text{CP}}$는 MSSM 매개변수 공간의 광범위한 영역에서 측정 가능하며, 현실적인 루미노시티 조건 하에서 $S > 5$를 달성할 수 있다.
• $\sqrt{s} = 500~\text{GeV}$, $|M_1|/M_2 = 5/3\tan^2\theta_W$, 및 $\phi_{M_1} = 0.5\pi$ 조건에서 $S = 5$에 도달하기 위한 필요 통합 루미노시티는 실현 가능한 ILC 범위 내에 있다.
• 뉴트랄레오나이노의 이중 붕괴를 포함하면 CP 비대칭성의 측정 가능성 향상되며, 붕괴 제품을 포함할 경우 생산 평면 재구성은 필요하지 않다.