[论文解读] Impact of SUSY CP Phases on Stop and Sbottom Decays in the MSSM

A. Bartl, S. Hesselbach+3 more|ArXiv.org|Jun 27, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 26被引用 12

一句话总结

本文研究了MSSM参数 $A_t$、$A_b$ 和 $μ$ 中复杂CP破坏相位对最轻顶夸克和底夸克超对称粒子（$χ_t_1$、$χ_b_1$）衰变分支比的影响。通过使用运行夸克质量与复Yukawa耦合的树图衰变宽度，本文表明分支比——尤其是 $χ_b_1 \to H^-χ_t_1$——对 $φ_{A_b}$ 展现出强烈的相位依赖性，这对未来 $e^+e^-$ 对撞机上识别 $A_t$ 和 $A_b$ 具有重要意义。

ABSTRACT

We study the decays of top squarks and bottom squarks in the Minimal Supersymmetric Standard Model with complex parameters A_t, A_b and mu. In a large region of the supersymmetric parameter space the branching ratios of stop_1 and sbottom_1 show a pronounced phase dependence. This could have an important impact on the search for stop_1 and sbottom_1 at a future linear collider and on the determination of the supersymmetric parameters.

研究动机与目标

• 本文旨在评估 $A_t$、$A_b$ 和 $μ$ 中的复相位如何影响MSSM中 $χ_t_1$ 和 $χ_b_1$ 的衰变特性。
• 它解决了 $A_t$ 和 $A_b$ 中的CP破坏相位未被EDM数据严格约束的问题，从而在现象学中可能产生显著影响。
• 其目标是确定这些相位是否可通过 $e^+e^-$ 对撞机实验中的分支比进行探测。
• 它旨在阐明相位与衰变道之间的相互作用，特别是涉及带电Higgs玻色子的衰变道。
• 本研究旨在量化这些相位效应在MSSM中确定 $A_t$ 和 $A_b$ 参数时的影响。

提出的方法

• 分析采用具有复软对称性破缺参数 $A_t$、$A_b$ 和 $μ$ 的MSSM，同时保持规范介子质量为实数。
• 使用终态粒子的壳质量与Yukawa耦合中的运行夸克质量，计算树图部分衰变宽度。
• 左右手夸克超对称混合由一个具有复非对角元素的 $2\times2$ 原始质量矩阵描述，其依赖于 $\varphi_{\tilde{q}} = \arg[A_q - \mu^* \tan^{-2T_q^3}\beta]$，从而引入相位依赖性。
• 质量本征态 $\tilde{q}_1$ 和 $\tilde{q}_2$ 由混合角 $\theta_{\tilde{q}}$ 和相位 $\varphi_{\tilde{q}}$ 推导得出，其中 $\cos\theta_{\tilde{q}}$ 和 $\sin\theta_{\tilde{q}}$ 由质量矩阵元素计算得出。
• 针对一个基准情景生成数值结果，其中 $m_{\tilde{b}_1}$ 较轻，$|A_t| = |A_b| = 600$ GeV，$\varphi_\mu = \pi$，并改变 $\varphi_{A_t}$ 和 $\varphi_{A_b}$，同时确保 $B(b \to s\gamma)$ 保持在实验限制范围内。
• 使用分支比的等高线图可视化其对 $\varphi_{A_b}$、$\varphi_{A_t}$ 和 $|A_b|$ 的依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在MSSM中，$A_t$、$A_b$ 和 $μ$ 中的复相位如何影响 $χ_t_1$ 和 $χ_b_1$ 衰变的分支比？
• RQ2 相位 $\varphi_{A_b}$ 在多大程度上影响 $χ_b_1 \to H^-χ_t_1$ 的部分衰变宽度和分支比？
• RQ3 是否能通过 $χ_t_1$ 衰变可观测量将 $\varphi_{A_t}$ 与 $|A_t|$ 分离？
• RQ4 $\varphi_{A_b}$ 如何影响 $\u03c7_b_1$ 衰变的分支比，$χ_b_Rχ_t_L H^-$ 耦合在此过程中起什么作用？
• RQ5 $B(b \to s\gamma)$ 限制对参数空间中可行的 $\varphi_{A_t}$ 和 $\varphi_{A_b}$ 区域施加了何种约束？

主要发现

• 分支比 $B(\tilde{b}_1 \to H^- ilde{t}_1)$ 对 $\varphi_{A_b}$ 展现出强烈依赖性，在 $0.75\pi < \varphi_{A_b} < 1.75\pi$ 范围内达到峰值，这是由于 $\tilde{b}_R\tilde{t}_L H^-$ 耦合的相位所致。
• 部分衰变宽度 $\Gamma(\tilde{b}_1 \to H^- ilde{t}_1)$ 主要由 $\tilde{b}_R\tilde{t}_L H^-$ 顶点的相位依赖性驱动，而该依赖性对 $\varphi_{A_b}$ 敏感。
• $B(\tilde{b}_1 \to \tilde{\chi}^0_{1,2}b)$ 的分支比仅对 $\varphi_{A_b}$ 弱依赖，因为混合矩阵的相位依赖性几乎相互抵消。
• $\varphi_{A_b}$ 对总衰变宽度的依赖性导致 $\tilde{b}_1$ 衰变分支比中出现非平凡且可观测的相位依赖性。
• 等高线图显示 $\varphi_{A_b}$-$\varphi_{A_t}$ 相关性较强，对称轴因 $\varphi_{A_t} = \pi/4$ 而偏移至 $\varphi_{A_b} = 1.25\pi$，表明两个相位之间存在相互作用。
• 满足 $B(b \to s\gamma) < 2.0 \times 10^{-4}$ 的参数空间区域较小，且仅对特定 $\varphi_{A_t}$ 值可访问，凸显了关键的实验约束。