[论文解读] Bosonic decays of stop_2 and sbottom_2

A. Bartl, H. Eberl+6 more|arXiv (Cornell University)|Apr 9, 1998

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 15

一句话总结

本文研究了最小超对称标准模型（MSSM）中较重的顶夸克和底夸克超伴子（$\tilde{t}_2$ 和 $\tilde{b}_2$）衰变为希格斯玻色子和规范玻色子的分支比主导现象。由于顶夸克和底夸克的Yukawa耦合较大，且 $\tilde{t}$ 和 $\tilde{b}$ 之间存在显著的混合，这些玻色子衰变模式在MSSM参数空间的广阔区域内，其分支比可超过传统的费米子衰变（如中性ino、带电ino或胶微子），从而产生对未来的对撞机搜索和SUSY参数确定至关重要的独特动量学特征。

ABSTRACT

We perform a detailed study of the decays of the heavier top and bottom squarks (stop_2 and sbottom_2) in the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM). We show that the decays into Higgs or gauge bosons can be dominant in a wide range of the model parameters due to the large Yukawa couplings and mixings of stops and sbottoms. Compared to the conventional decays into fermions these bosonic decay modes can have significantly different decay structures and distributions. This could have an important impact on the search for stop_2 and sbottom_2 and the determination of the MSSM parameters at future colliders.

研究动机与目标

• 分析 $\tilde{t}_2$ 和 $\tilde{b}_2$ 衰变为希格斯玻色子和规范玻色子的分支比。
• 评估玻色子衰变在何种条件下会主导传统的费米子衰变（如中性ino、带电ino或胶微子）。
• 评估这些衰变对未来的对撞机中 $\tilde{t}_2$ 和 $\tilde{b}_2$ 的可探测性与动量学重建的影响。
• 对比玻色子衰变与费米子衰变模式的衰变结构与事例分布，以提升SUSY信号的识别能力。

提出的方法

• 本研究使用MSSM拉格朗日量计算 $\tilde{t}$ 和 $\tilde{b}$ 的超夸克质量矩阵，包含软对称性破缺参数和混合项。
• 利用MSSM拉格朗日量中的树图阶耦合，计算 $\tilde{t}_2$ 和 $\tilde{b}_2$ 衰变为希格斯和规范玻色子的宽度。
• 分支比作为关键MSSM参数（$\tan\beta$、$M_{\tilde{Q}}$、$A$、$\mu$ 和 $m_A$）的函数进行计算。
• 分析包括重希格斯态的相空间抑制效应，并在不同参数区域进行结果对比。
• 对比玻色子衰变链与费米子衰变链的动量学分布与事例拓扑结构，以识别区分特征。
• 针对不同 $M_{\tilde{Q}}$、$\tan\beta$ 和 $m_A$ 的基准点，展示数值结果，显示分支比的主导现象。

实验结果

研究问题

• RQ1 在MSSM中，$\tilde{t}_2$ 和 $\tilde{b}_2$ 的玻色子衰变在何种条件下会主导费米子衰变？
• RQ2 大的Yukawa耦合与 $\tilde{t}$–$\tilde{b}$ 混合如何影响 $\tilde{t}_2$ 和 $\tilde{b}_2$ 衰变为希格斯和规范玻色子的分支比？
• RQ3 $\tilde{t}_2$ 和 $\tilde{b}_2$ 衰变为玻色子与衰变为费米子相比，其独特的动量学与事例拓扑特征是什么？
• RQ4 玻色子衰变的主导性如何影响未来对撞机的搜索策略与参数确定？

主要发现

• 由于顶夸克和底夸克的Yukawa耦合较大，且超夸克混合显著，$\tilde{t}_2$ 和 $\tilde{b}_2$ 衰变为 $Z^0$、$h^0$、$H^0$、$A^0$、$W^+$ 和 $H^+$ 的玻色子衰变模式可主导于传统费米子衰变。
• 在基准点 $M_{\tilde{Q}}=500$ GeV、$\mu=-1000$ GeV、$A=400$ GeV 且 $\tan\beta=3$ 的条件下，玻色子模式在 $M_{\tilde{Q}} 的广泛范围内占主导，$\tilde{t}_2 \to \tilde{t}_1 + Z^0$ 和 $\tilde{t}_2 \to \tilde{b}_i + W^+$ 的分支比均超过50%。
• 当 $m_A = 250$ GeV 时，$\tilde{t}_2 \to \tilde{t}_1 + Z^0$ 的分支比达到57%，而 $\tilde{t}_2 \to \tilde{b}_i + H^+$ 的分支比达到39%。
• 即使 $H^0$、$A^0$ 和 $H^\pm$ 衰变受相空间抑制，$Z^0$ 和 $W^\pm$ 模式仍占主导，尤其在 $\tilde{b}_2 \to \tilde{b}_1 + Z^0$ 和 $\tilde{t}_2 \to \tilde{b}_i + W^+$ 通道中更为显著。
• 涉及 $\tilde{t}_1$ 或 $\tilde{b}_1$ 加上规范或希格斯玻色子的衰变链，其事例分布（特别是缺失能量与动量）与 $\tilde{t}_2 \to t + \tilde{\chi}^0_i$ 或 $\tilde{t}_2 \to b + \tilde{\chi}^\pm_j$ 衰变相比存在显著差异。
• 结果表明，未来对撞机中 $\tilde{t}_2$ 和 $\tilde{b}_2$ 搜索的蒙特卡洛模拟必须包含玻色子衰变模式，以避免信号误判与错误的参数提取。