[论文解读] CP asymmetries in neutralino production

A. Bartl, H. Fraas+2 more|ArXiv.org|Aug 13, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用 7

一句话总结

本文研究了在500 GeV $e^+e^-$线性对撞机上，通过中性ino对产生 $e^+e^-\to\tilde{\chi}^0_i\tilde{\chi}^0_j$ 及其后续轻子衰变 $\tilde{\chi}^0_i\to\tilde{\ell}\ell_1$ 和 $\tilde{\ell}\to\tilde{\chi}^0_1\ell_2$ 的CP破坏三重积不对称性。在具有复数 $M_1$ 和 $\mu$ 的最小超对称标准模型中，识别出两个T-奇不对称性 $\mathcal{A}_I$ 和 $\mathcal{A}_{II}$，用于探测树图级中性ino产生中的CP破坏；最大不对称性可达25%，在 $500~\text{fb}^{-1}$ 亮度下，约 $1.5\times10^3$ 个事例即可测量，且极化束流可增强灵敏度。

ABSTRACT

We study two CP sensitive triple-product asymmetries for neutralino production e+e- o ildeχ^0_i ildeχ^0_j and the subsequent leptonic two-body decays ildeχ^0_i o ilde{l} l of one of the neutralinos and of the slepton ilde{l} o ildeχ^0_1 l at an e+e--linear collider with \sqrt{s} = 500 GeV. We calculate the asymmetries in the Minimal Supersymmetric Standard Model with complex parameters μand M_1. We show that the largest asymmetries are 10% or 25% and estimate the event rates which are necessary to measure the asymmetries. Polarized electron and positron beams can significantly enhance the asymmetries and cross sections. In addition, we show how the two decay leptons can be distinguished by making use of their energy distributions.

研究动机与目标

• 研究在具有复参数的MSSM中，中性ino对产生及其衰变过程中的CP破坏效应。
• 识别对树图级中性ino自旋关联中CP破坏敏感的可观测T-奇不对称性。
• 确定在500 GeV $e^+e^-$线性对撞机上，使用实际亮度和事例率，测量这些不对称性的可行性。
• 通过能量分布区分衰变轻子，实现在无需完整动量重建的情况下测量不对称性。

提出的方法

• 定义两个T-奇三重积可观测量：$\mathcal{T}_I = (\vec{p}_{e^-} \times \vec{p}_{\chi_i}) \cdot \vec{p}_{\ell_1}$ 和 $\mathcal{T}_{II} = (\vec{p}_{e^-} \times \vec{p}_{\ell_2}) \cdot \vec{p}_{\ell_1}$，在CPT不变性下为CP奇。
• 将不对称性 $\mathcal{A}_I$ 和 $\mathcal{A}_{II}$ 计算为三重积值为正与负的事例数之比。
• 对中性ino和selectron传播子使用窄宽度近似，并在矩阵元中包含自旋关联项。
• 应用基于能量的轻子识别方法，在逐事件分析中区分 $\ell_1$（来自 $\tilde{\chi}^0_i \to \tilde{\ell}\ell_1$）和 $\ell_2$（来自 $\tilde{\ell} \to \tilde{\chi}^0_1\ell_2$）。
• 在MSSM中进行数值分析，参数为复数 $M_1$ 和 $\mu$，固定 $M_2 = 400$ GeV，$|\mu| = 240$ GeV，$\tan\beta = 10$，$m_{\tilde{\ell}_R} = 220$–$221$ GeV。
• 使用统计误差公式 $\delta\mathcal{A} \approx \mathcal{A}/\sqrt{N}$ 估算所需事例率，其中 $N = \mathcal{L} \sigma$。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有复数 $M_1$ 和 $\mu$ 的MSSM中，$e^+e^- \to \tilde{\chi}^0_i\tilde{\chi}^0_j$ 及其后续两体衰变中，CP破坏不对称性的最大值是多少？
• RQ2 能否通过能量分布可靠地区分两个衰变轻子，以实现在不重建中性ino动量的情况下测量不对称性？
• RQ3 纵向极化束流和MSSM参数的选择如何影响不对称性 $\mathcal{A}_I$ 和 $\mathcal{A}_{II}$ 的大小？
• RQ4 要以95%置信水平（S=2）测量5%的不对称性，需要多少积分亮度和事例数？
• RQ5 selectron衰变的运动学如何导致 $\mathcal{A}_{II}$ 中CP破坏效应的抑制，相比 $\mathcal{A}_I$？

主要发现

• 在具有复数 $M_1$ 和 $\mu$ 的MSSM中，不对称性 $\mathcal{A}_I$ 的最大值可达25%，而 $\mathcal{A}_{II}$ 最高可达10%。
• $\mathcal{A}_I$ 显著大于 $\mathcal{A}_{II}$，因为后者由于selectron衰变中CP破坏效应的运动学“清洗”而被约小3倍。
• 在 $500~\text{fb}^{-1}$ 亮度下，为以95%置信水平（S=2）测量5%的不对称性，至少需要 $1.5 \times 10^3$ 个事例。
• 当质量差 $m_{\tilde{\ell}_R} - m_{\tilde{\chi}^0_1}$ 和 $m_{\tilde{\chi}^0_2} - m_{\tilde{\ell}_R}$ 显著不同时，$\ell_1$ 和 $\ell_2$ 的能量分布明显不同，从而实现在逐事件分析中对轻子的区分。
• 电子和正电子束的纵向极化显著增强两个不对称性，提高了对CP破坏相位的灵敏度。
• $\mathcal{A}_I$ 和 $\mathcal{A}_{II}$ 主要由 $M_1$ 和 $\mu$ 的CP破坏相位驱动，其中 $\mathcal{A}_I$ 对 $\varphi_{M_1}$ 更敏感，而 $\mathcal{A}_{II}$ 对两个相位表现出相似但减弱的依赖性。