[论文解读] Constraints on mSUGRA and SUSY particle production at future $e^+e^-$ linear colliders

A. Djouadi, Manuel Drees+1 more|ArXiv.org|Dec 3, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 15

一句话总结

本文在当前实验与理论约束下分析了mSUGRA超对称模型，表明其参数空间的很大一部分仍然可行，并可通过未来能量为√s = 800 GeV的e⁺e⁻直线对撞机（如TESLA）探测。主要发现显示，在高tanβ条件下，大量参数区域内可产生选择荷电ino、中性ino、轻子超伴子以及重希格斯玻色子（H、A、H±），其探测潜力在√s = 1.2 TeV时可延伸至约2 TeV的 gluino 质量范围。

ABSTRACT

We perform a complete analysis of the supersymmetric particle spectrum in the Minimal Supergravity (mSUGRA) model. We show that present constraints on the Higgs boson and superparticle masses from collider searches and precision measurements still allow for large regions of the mSUGRA parameter space where some sparticles as well as the heavier Higgs particles, are light enough to be produced at the next generation of $e^+e^-$ linear colliders. An important part of this parameter space remains even when we require that the density of the lightest neutralinos left over from the Big Bang falls in the range favored by current determinations of the Dark Matter density in the Universe.

研究动机与目标

• 评估在对撞机搜索、精确测量及暗物质遗迹密度等当前约束下，mSUGRA模型的可行性。
• 确定mSUGRA参数空间中，超对称粒子与重希格斯玻色子仍足够轻、可在未来e⁺e⁻直线对撞机上产生的区域。
• 评估在中心系能量为500–1200 GeV的e⁺e⁻对撞机上，超粒子与希格斯玻色子的探测潜力。
• 探讨e⁺e⁻对撞机的精确测量如何约束MSSM谱与耦合常数，特别是与LHC数据结合时的效果。
• 识别大tanβ与负A₀在扩展SUSY粒子产生可探测参数空间中的作用。

提出的方法

• 利用SuSpect 2.0代码，通过从GUT标度到弱标度的两圈跑动方程，计算完整的超对称谱。
• 通过 tadpole 方法实现辐射电弱对称性自发破缺，迭代求解μ与Bμ，以确保EWSB的一致性。
• 应用理论与实验约束：非快子超伴子、正确的EWSB、希格斯质量下限（Mh > 113.5 GeV）、b→sγ分支比，以及中性ino暗物质的遗迹密度。
• 对固定tanβ = 40、A₀ = 0且sign(μ) > 0的m₀与m₁/₂参数进行系统扫描，另对A₀变化情形进行额外扫描。
• 使用动量阈值与事件率要求（50个事件/年）评估e⁺e⁻对撞机上超粒子与重希格斯玻色子的产生截面。
• 评估束流极化与阈值扫描对精确测量超粒子质量与耦合常数的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在施加所有当前实验与理论约束后，mSUGRA参数空间的哪些区域仍保持可行？
• RQ2 在√s = 800 GeV的未来e⁺e⁻直线对撞机上，mSUGRA模型中选择荷电ino、中性ino、轻子超伴子及重希格斯玻色子的产生范围有多大？
• RQ3 当中心系能量提升至1.2 TeV时，对超粒子与重希格斯玻色子的探测能力如何变化？
• RQ4 大tanβ与负A₀在扩展SUSY粒子产生可探测参数空间中起到何种作用？
• RQ5 e⁺e⁻对撞机的精确测量如何与LHC数据互补，以检验mSUGRA模型？

主要发现

• 即使在施加LEP2、Tevatron、b→sγ、希格斯质量下限与中性ino遗迹密度等约束后，mSUGRA参数空间的广大区域仍保持可行。
• 在√s = 800 GeV时，选择荷电ino、中性ino与轻子超伴子对（特别是τ与ν̃）在(m₁/₂, m₀)平面上的广阔区域内均可探测，尤其在tanβ = 40时更为显著。
• 过程e⁺e⁻ → ŝχ₁⁰ŝχ₂⁰在所有可行参数区域内均可实现，其截面足以在50个事件/年的要求下实现探测。
• 在√s = 1.2 TeV时，探测能力可延伸至m₁/₂ ~ 1 TeV，对应gluino质量约2 TeV，从而可进入此前被排除的区域。
• 在大tanβ区域，重希格斯玻色子（H、A、H±）在参数空间的广泛区域内具有动力学可及性，其产生截面足以被探测。
• 通过束流极化与阈值扫描实现的e⁺e⁻对撞机精确测量，可将超粒子质量确定至千分之一量级，并以高精度测量耦合常数，从而对mSUGRA模型实施严格检验。