[논문 리뷰] Impact of bosonic decays on the search for stau_2 and tau-sneutrino

A. Bartl, H. Eberl외 6명|arXiv (Cornell University)|1999. 04. 21.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 MSSM에서 무거운 타우 스퍼렐렉톤(stau₂)과 타우-스넬레프톤(snu_τ)의 검출에 영향을 미치는 보존 붕괴 모드—예를 들어 stau₂ → stau₁ + h⁰, Z⁰, 또는 W⁻, 그리고 snu_τ → stau₁ + H⁺—의 영향을 조사한다. 큰 타우 요카다 쿠퍼링과 스퍼렐렉톤 혼합으로 인해 이러한 보존 붕괴가 페르미온 붕괴보다 지배적이며, 붕괴 역학에 중대한 영향을 미쳐 미래 실험에서의 콜라이더 검색 전략과 매개변수 결정에 영향을 준다.

ABSTRACT

We perform a detailed study of the decays of the heavier tau slepton (stau_2) and tau-sneutrino (snu_tau) in the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM). We show that the decays into Higgs or gauge bosons, i.e. stau_2 -> stau_1 + (h^0, H^0, A^0 or Z^0), stau_2 -> snu_tau + (H^- or W^-), and snu_tau -> stau_1 + (H^+ or W^+), can be very important due to the sizable tau Yukawa coupling and large mixing parameters of stau. Compared to the decays into fermions, such as stau_2 -> tau + neutralino_i and stau_2 -> nu_tau + chargino_j^-, these bosonic decay modes can have significantly different decay distributions. This could have an important influence on the search for stau_2 and snu_tau and the determination of the MSSM parameters at future colliders.

연구 동기 및 목표

• 더 무거운 타우 스퍼렐렉톤(stau₂)과 타우-스넬레프톤(snu_τ)의 붕괴에서 힉스 및 게이지 보손(보존 붕괴 채널)의 중요성을 평가하는 것.
• 큰 타우 요카다 쿠퍼링과 스퍼렐렉톤 혼합 매개변수의 영향을 고려하여, 이러한 보존 붕괴의 분지비가 페르미온 붕괴 모드에 비해 어떻게 영향을 미치는지 평가하는 것.
• 미래 콜라이더에서의 실험적 검색 전략에 이러한 붕괴 모드가 미치는 영향을 조사하는 것.
• 보존 붕괴가 붕괴 역학 분포에 어떻게 영향을 미쳐 stau₂와 snu_τ의 검출 가능성에 영향을 주는지 규명하는 것.
• 콜라이더 측정을 통한 MSSM 매개변수의 정밀도 추정에 이러한 붕괴가 미치는 영향을 탐색하는 것.

제안 방법

• MSSM 프레임워크 내에서 stau₂와 snu_τ 붕괴 너비의 세밀한 1-루프 분석을 수행한다.
• 붕괴 채널에 힉스(h⁰, H⁰, A⁰), Z⁰, W⁻, H⁺, W⁺ 보손의 기여를 포함한다.
• 큰 스퍼렐렉톤 혼합 매개변수와 상당한 타우 요카다 쿠퍼링을 가진 MSSM 라그랑지안을 사용하여 분지비를 계산한다.
• 주요 페르미온 붕괴 모드(예: stau₂ → τ + 중성미온, stau₂ → ν_τ + 카이네이트)와 보존 붕괴 속도를 비교한다.
• 보존 붕괴 모드와 페르미온 붕괴 모드 간의 붕괴 역학 및 이벤트 토폴로지의 차이를 분석한다.
• 수치 계산을 활용하여 상대 분지비와 MSSM 매개변수에 대한 의존도를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 큰 스퍼렐렉톤 혼합과 타우 요카다 쿠퍼링을 가진 MSSM에서 stau₂와 snu_τ의 보존 붕괴 모드는 얼마나 중요할까?
• RQ2 stau₂ 붕괴에서 힉스 또는 게이지 보손으로의 분지비는 페르미온 최종 상태에 비해 어떻게 될까?
• RQ3 stau₂와 snu_τ 붕괴에서 보존 붕괴의 역학 분포는 페르미온 붕괴와 어떻게 다를까?
• RQ4 보존 붕괴는 향후 콜라이더에서 stau₂와 snu_τ의 검출 가능성에 얼마나 큰 영향을 미칠까?
• RQ5 이러한 붕괴는 실험 분석에서 MSSM 매개변수의 정밀도 추정에 어떤 영향을 미칠까?

주요 결과

• 큰 타우 요카다 쿠퍼링과 스퍼렐렉톤 혼합으로 인해 stau₂ → stau₁ + h⁰, Z⁰, 또는 W⁻ 등의 보존 붕괴 모드가 페르미온 붕괴보다 지배적일 수 있다.
• 스퍼렐렉톤 붕괴에서 힉스 및 게이지 보손으로의 분지비는 크게 증가하여, 페르미온으로의 붕괴와 비교해도 유사하거나 더 큰 값을 가질 수 있다.
• 보존 붕괴 모드의 붕괴 분포는 특히 인variant 질량 스펙트럼과 운동량 분포에서 페르미온 붕괴와 뚜렷한 차이를 보인다.
• snu_τ → stau₁ + H⁺ 붕괴 모드는 큰 결합 상수로 인해 특히 중요하며, 다른 붕괴 채널을 지배할 수 있다.
• 이러한 보존 붕괴는 예상되는 신호 토폴로지에 영향을 미쳐, 표준 검색 전략에서 오인식되거나 감도가 감소할 수 있다.
• 미래 콜라이더 실험은 이러한 모드를 고려하지 않으면 신호를 놓칠 수 있거나 MSSM 매개변수 공간을 잘못 해석할 수 있다.