[论文解读] CP Violation in Production and Decay of Supersymmetric Particles

O. Kittel|ArXiv.org|Apr 20, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用 11

一句话总结

本论文研究了在最小超对称标准模型（MSSM）中，超对称粒子的产生与衰变过程中的CP破坏，重点探讨了T-奇和CP-奇三重积不对称性作为拉格朗日量中复相位的探测工具。通过自旋密度矩阵形式化与运动学重建方法，证明了在中ino和带电ino衰变为轻子超伴子、τ子及规范玻色子等过程中，可观测到CP不对称性，为在大型强子对撞机（LHC）和国际线性对撞机（ILC）等对撞机上探测标准模型之外的新物理提供了可行信号。

ABSTRACT

In this thesis we analyze CP violating effects of MSSM phases in production and two-body decays of neutralinos, charginos and sfermions. For different supersymmetric processes we define and calculate CP-odd asymmetries, which base on triple products. We present numerical results for electron-positron collisions at a future linear collider with a center of mass energy of 500-800 GeV, high luminosity and longitudinally polarized beams.

研究动机与目标

• 在MSSM框架内，识别并量化超对称粒子产生与衰变过程中的CP破坏信号。
• 研究MSSM拉格朗日量中软对称性破缺项的复相位作为CP破坏来源的作用。
• 开发并应用自旋密度矩阵技术，以计算对CP-奇和T-奇不对称性敏感的可观测量。
• 利用数值模拟，评估在真实对撞机环境中CP破坏效应的可探测性。
• 评估不同衰变道（包括轻子超伴子、τ子、Z玻色子和W玻色子）对CP破坏相位的敏感性。

提出的方法

• 基于中ino和带电ino的自旋密度矩阵形式化，描述极化与衰变运动学。
• 利用T-奇和CP-奇三重积不对称性作为CP破坏的敏感探针，通过末态粒子的三动量与自旋矢量定义。
• 利用包含显式软对称性破缺项与复相位的MSSM拉格朗日量，推导截面与衰变宽度。
• 使用标准MSSM参数集与对撞能量尺度（如√s = 500 GeV）对不对称性进行数值评估。
• 应用Bouchiat-Michel公式计算自旋1/2费米子与自旋1矢量玻色子的极化与衰变分布。
• 采用相空间积分技术，基于相对论运动学，实现轻子衰变道与规范玻色子衰变道的计算。

实验结果

研究问题

• RQ1 中ino与带电ino衰变中的T-奇不对称性是否可作为MSSM中CP破坏的明确信号？
• RQ2 软对称性破缺区中的复相位如何影响超对称粒子的极化与衰变不对称性？
• RQ3 不同衰变道（如衰变为轻子超伴子、τ子、Z玻色子、W玻色子）对CP破坏相位的敏感性如何？
• RQ4 通过利用自旋关联与运动学重建，CP不对称性的统计显著性可增强到何种程度？
• RQ5 在ILC与LHC等未来对撞机上，预期的CP不对称性数值量级是多少？

主要发现

• 在中ino衰变为极化的τ子过程中，可观测到CP不对称性，其大小在有利参数区域可达10%。
• 中ino产生与衰变为Z玻色子过程中的T-奇不对称性对中ino混合矩阵中的复相位敏感，在√s = 500 GeV条件下可观测。
• 带电ino衰变为W玻色子表现出显著的CP破坏效应，这是由于W玻色子的极化对MSSM软对称性破缺相位敏感。
• 涉及selectron（τ̃₁ → τχ̃₀₂）的衰变链表现出非零的T-奇不对称性，表明在第三代轻子超伴子衰变中存在CP破坏探测的潜力。
• 数值结果证实，sfermion衰变中的CP不对称性对sfermion质量矩阵结构与复相位的存在高度敏感。
• 通过组合多个可观测量并利用自旋关联，CP破坏信号的统计显著性得以增强，使其在高亮度对撞机上可被探测。