[论文解读] Searching for R-Parity Violation at Run-II of the Tevatron

B. C. Allanach, Howard Baer+24 more|arXiv (Cornell University)|Jun 3, 1999

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 14

一句话总结

本文研究了在 Tevatron Run II 期间，通过共振 selectron 和 squark 产生后发生 R-Parity 破坏衰变，对 R-Parity 破坏超对称性的发现潜力。它识别出特定信号，如同号 dilepton、缺失能量以及 top/top-bottom 衰变模式，这些可能表明 R-Parity 破坏。在某些参数选择下，实验数据已将 top-squark 质量限制在 80–100 GeV 以下。

ABSTRACT

We present an outlook for possible discovery of supersymmetry with broken R-parity at Run II of the Tevatron. We first present a review of the literature and an update of the experimental bounds. In turn we then discuss the following processes: 1. Resonant slepton production followed by R-parity violating decay, (a) via $LQD^c$ and (b) via $LLE^c$. 2. How to distinguish resonant slepton production from $Z'$ or $W'$ production. 3. Resonant slepton production followed by the decay to neutralino LSP, which decays via $LQD^c$. 4. Resonant stop production followed by the decay to a chargino, which cascades to the neutralino LSP. 5. Gluino pair production followed by the cascade decay to charm squarks which decay directly via $L_1Q_2D^c_1$. 6. Squark pair production followed by the cascade decay to the neutralino LSP which decays via $L_1Q_2D^c_1$. 7. MSSM pair production followed by the cascade decay to the LSP which decays (a) via $LLE^c$, (b) via $LQD^c$, and (c) via $U^cD^cD^c$, respectively. 8. Top quark and top squark decays in spontaneous R-parity violation.

研究动机与目标

• 评估 Tevatron Run II 期间 R-Parity 破坏超对称性的发现潜力。
• 识别来自共振 selectron 和 squark 产生后 R-Parity 破坏衰变的独特信号。
• 将 R-Parity 破坏信号与标准模型或 $Z'$/$W'$ 共振区分开。
• 利用现有的 Tevatron 数据对 top 和 top-squark 衰变，约束 R-Parity 破坏耦合。
• 在双线性 R-Parity 破坏背景下，评估 top-squark 衰变模式如 $\tilde{t}_1 \to \tau^+ b$ 和 $\tilde{t}_1 \to c \tilde{\chi}^0_1$ 的可行性。

提出的方法

• 分析涉及 $\lambda_{ijk}$, $\lambda'_{ijk}$, $\lambda''_{ijk}$ 和 $\kappa_i$ 耦合的 R-Parity 破坏超势项 $W_{\not R_p}$。
• 评估通过 $q\bar{q} \to \tilde{\ell}$, $\tilde{q}$ 产生 selectron 和 squark 的共振过程，随后通过 $LQD^c$, $LLE^c$ 和 $U^cD^cD^c$ 顶点发生级联衰变。
• 应用 Tevatron 数据对 top quark 衰变和第三代 leptoquark 搜索的实验约束。
• 使用具有通用软对称性破缺项的 mSUGRA 模型模拟 sparticle 质量和分支比。
• 对衰变道进行蒙特卡洛风格分析，包括 $\tilde{t}_1 \to \tau^+ b$ 和 $\tilde{t}_1 \to c \tilde{\chi}^0_1$，在不同 $\epsilon_3/\mu$ 和 $A_0$ 参数下进行。
• 将 R-Parity 破坏衰变模式与标准 MSSM 级联衰变进行比较，以评估可探测性和可区分性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 Tevatron 上，sleptons 和 squarks 的主导 R-Parity 破坏衰变模式是什么？它们与 MSSM 预期有何不同？
• RQ2 通过 $LQD^c$ 或 $LLE^c$ 顶点产生的共振 selectron 能否与 $Z'$ 或 $W'$ 共振区分开？
• RQ3 在什么条件下 $\tilde{t}_1 \to \tau^+ b$ 会主导其他衰变模式？Teatro n 数据如何对此进行约束？
• RQ4 在双线性 R-Parity 破坏存在时，top 和 top-squark 衰变的分支比如何变化？
• RQ5 基于现有的 Tevatron 结果，$\tilde{t}_1$ 质量和 $\epsilon_3/\mu$ 比值的运动学和耦合约束是什么？

主要发现

• 当 $A_0 = -650$ GeV 且 $|\epsilon_3/\mu| = 0.5$ 时，$m_{\tilde{t}_1} < m_{\tilde{\chi}^+} + m_b$ 且 $BR(\tilde{t}_1 \to \tau^+ b) \approx 1$ 的区域几乎被 Tevatron 数据排除。
• 当 $A_0 = -900$ GeV 时，$m_{\tilde{t}_1} < m_{\tilde{\chi}^+} + m_b$ 的较大区域在 Run II 期间仍具有可观测性。
• 当 $|\epsilon_3/\mu| < 10^{-3}$ 时，尤其在 $\tan\beta$ 较大时，$\tilde{t}_1 \to c \tilde{\chi}^0_1$ 衰变模式与 $b\tau$ 衰变模式具有可比性。
• Tevatron 对非 W 衰变的 top 信息已将 $\tilde{t}_1$ 质量限制在 80–100 GeV 以下，具体取决于参数，当 $\tan\beta = 3$ 且 $A_0 = -650$ GeV 时。
• 当最轻的 chargino 动态上不可达时，$\tilde{t}_1 \to \tau^+ b$ 衰变模式占主导地位，分支比可高达 100%。
• $\tilde{t}_1 \to c \tilde{\chi}^0_1$ 通道仅在 $|\epsilon_3/\mu| > 10^{-2}$ 时变得显著，这要求 R-Parity 破坏耦合足够小才能忽略。