[논문 리뷰] Light stop decays into $W b ilde{\chi}_1^0$ near the kinematic threshold

Ramona Gröber, Margarete Mühlleitner외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 02. 20.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 MSSM에서 운동역학적 한계 근처의 가벼운 스토퍼 붕괴를 조사하며, 풍미 위반 두체 붕괴(˜t₁ → c˜χ₀¹), 세체 붕괴(˜t₁ → Wb˜χ₀¹), 네체 붕괴(˜t₁ → ˜χ₀¹bf¯f′) 간의 상호작용에 초점을 맞춘다. 연구는 한계 근처에서 풍미 위반 두체 붕괴가 지배적이거나 경쟁 가능할 수 있음을 보여주며, 실험적 탐색에서 이를 고려하지 않으면 가벼운 스토퍼를 놓칠 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We investigate the decays of the light stop in scenarios with the lightest neutralino $ ilde{\chi}_1^0$ being the lightest supersymmetric particle, including flavour-violating (FV) effects. We analyse the region where the three-body decay $ ilde{t}_1 o W b ilde{\chi}_1^0$ is kinematically allowed and provide a proper description of the transition region between the three-body decay and the four-body decay $ ilde{t}_1 o ilde{\chi}_1^0 b f \bar{f}'$. The improved treatment has been implemented in the Fortran package { t SUSY-HIT} and is used for the analysis of this region. A scan over the parameter range including all relevant experimental constraints reveals that the FV two-body decay into charm and $ ilde{\chi}_1^0$ can be as important as the three-, respectively, four-body decays if not dominant and therefore should be taken into account in order to complete the experimental searches for the light stop.

연구 동기 및 목표

• 운동역학적 한계 근처에서 세체 붕괴와 네체 붕괴 간의 전이 영역을 분석하기 위해.
• 가벼운 스토퍼 현상학의 맥락에서 풍미 위반 두체 붕괴(˜t₁ → c˜χ₀¹)의 현상학적 중요성을 평가하기 위해.
• 유한한 폭 효과를 W 보손 전파자에 포함하고, 비제로 바텀/타우 질량을 고려하여 붕괴 폭의 기술적 기술을 향상시키기 위해.
• 허용된 한계를 확보하기 위해 힉스 탐색, 잔여 밀도, B-물리학, 전자기력 정밀도 측정 결과와의 일관성을 확보하기 위해.
• 이러한 정교화된 붕괴 계산을 포함하여 SUSY-HIT 패키지를 업데이트하고 글로벌 스캔에 활용하기 위해.

제안 방법

• 일般적인 풍미 구조를 가진 MSSM을 사용하며, 풍미 위반 두체 붕괴에 대해 SUSY-QCD 보정을 포함한다.
• 완전한 1-루프 보정과 W 보손 전파자에서의 유한한 폭 효과를 사용하여 세체 및 네체 붕괴 폭을 계산한다.
• 한계 근처에서 정확도를 향상시키기 위해 최종 상태의 바텀 및 타우 쿼크에 비제로 질량을 포함한다.
• LHC 힉스 탐색, 잔여 밀도, B-물리학, 전자기력 정밀도 관측 결과로부터의 제약 조건을 적용하여 MSSM 매개변수 공간에 대한 글로벌 스캔을 수행한다.
• 일致된 현상학적 분석을 위해 개선된 붕괴 기술을 SUSY-HIT 포트란 패키지에 통합한다.
• PYTHIA와 SModelS를 사용하여 이벤트 생성 및 단순화된 모델 해석을 수행하여 LHC 배제 한계와 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 세체 붕괴 한계 근처의 운동역학적 영역에서 풍미 위반 두체 붕괴(˜t₁ → c˜χ₀¹)는 얼마나 중요할까?
• RQ2 W 보손 전파자에서의 유한한 폭 효과는 세체와 네체 붕괴 간의 전이를 기술하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 한계 근처에서 두체 붕괴의 분해율이 세체 및 네체 붕괴와 경쟁하거나 지배할 정도로 어느 정도의 영향을 미칠 수 있는가?
• RQ4 최종 상태에 비제로 바텀 및 타우 질량을 포함할 경우, 붕괴 폭과 분해율에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 결과로 도출된 매개변수 설정은 힉스 신호 강도, 잔여 밀도, 희귀 붕괴를 포함한 모든 현재 실험 제약 조건과 일치하는가?

주요 결과

• 풍미 위반 두체 붕괴(˜t₁ → c˜χ₀¹)는 압축된 SUSY 시나리오에서 특히, 운동역학적 한계 근처에서 지배적이거나 경쟁 가능할 수 있다.
• W 보손 전파자에서의 유한한 폭 효과를 포함함으로써, 세체와 네체 붕괴 간의 전이 영역을 일관되게 기술할 수 있다.
• 최종 상태에 비제로 바텀 및 타우 질량을 포함하면, 특히 한계 근처에서 붕괴 폭에 측정 가능한 수정이 발생한다.
• SUSY-HIT에서의 개선된 처리 방식은 MSSM 매개변수 공간의 더 정확한 스캔을 가능하게 하여 이전에 간과되었던 현상학적 관심 영역을 드러낸다.
• 현재 LHC 배제 한계는 세체 붕괴 최종 상태에 기반하고 있으나, 풍미 위반 두체 붕괴를 고려하지 않으면 이 한계가 약화되거나 무효화될 수 있음을 결과가 시사한다.
• 글로벌 일관성 검증은 풍미 위반 최종 상태로의 분해율이 상당히 높은 타당한 매개변수 점들이 존재하며, 모든 실험 제약 조건을 충족시킴을 확인한다.