[论文解读] CP Violation in SUSY Particle Production and Decay

S. Hesselbach|ArXiv.org|Sep 17, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 11被引用 5

一句话总结

本文综述了国际线性对撞机（ILC）上赝标量偶（CP-odd）可观测量——特别是三重乘积不对称性和基于横向束流极化的不对称性——在选择荷电超对称粒子（chargino）和中性超对称粒子（neutralino）产生与衰变过程中的表现。研究表明，这些可观测量在MSSM参数空间的广大区域内均可测量，提供了一种强大且与模型无关的方法，用于探测并量化超对称中的CP破坏。

ABSTRACT

Recent studies about CP violation in the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) with complex parameters are reviewed. In order to unambiguously identify the CP-violating phenomena it is necessary to study CP-odd or T-odd observables. In chargino and neutralino production and decay at the International Linear Collider (ILC) triple product asymmetries and asymmetries defined via transverse beam polarization have been analyzed. It has been found that these asymmetries can be measured at the ILC in a large region of the MSSM parameter space and are thus an important tool to establish CP violation in supersymmetry.

研究动机与目标

• 识别并分析能够明确探测MSSM中复参数下CP破坏的CP奇可观测量。
• 评估在ILC上测量选择荷电超对称粒子与中性超对称粒子产生与衰变过程中三重乘积不对称性及基于横向束流极化的不对称性的可行性。
• 确定这些不对称性在MSSM参数空间中具有足够统计显著性的区域。
• 比较不同CP奇可观测量（包括基于三重乘积与束流极化的可观测量）在探测CP破坏相位时的灵敏度。

提出的方法

• 利用三体衰变过程（如 $e^+e^- \to \tilde{\chi}_i + \tilde{\chi}_j \to \tilde{\chi}_i + \tilde{\chi}_1^0 f\bar{f}'$）中动量与自旋的T奇三重乘积关联。
• 通过 $A_T = \frac{\sigma(\mathcal{T}_i > 0) - \sigma(\mathcal{T}_i < 0)}{\sigma(\mathcal{T}_i > 0) + \sigma(\mathcal{T}_i < 0)}$ 定义CP奇不对称性，其中 $\mathcal{T}_i$ 为三重乘积关联量。
• 通过电荷共轭过程构造真正的CP不对称性：$A_{\text{CP}} = \frac{A_T - \bar{A}_T}{2}$，以隔离CP奇效应。
• 利用横向束流极化在振幅平方中引入CP奇项，形式为 $i\epsilon_{\mu\nu\rho\sigma} t_\pm^\mu p^\nu_i p^\rho_j p^\sigma_k$。
• 利用中性超对称粒子的方位角角分布定义 $A_{\text{CP}}(\theta)$，并通过 $S = \sqrt{A_{\text{CP}}^2 \sigma \mathcal{L}_{\text{int}}}$ 计算统计显著性。
• 利用蒙特卡罗模拟与 $S > 5$ 所需的亮度要求，评估MSSM参数空间中的可测量区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 选择荷电超对称粒子与中性超对称粒子三体衰变中的三重乘积不对称性是否可作为MSSM中CP破坏的明确探测工具？
• RQ2 在ILC数据背景下，CP奇不对称性的统计显著性如何？其在MSSM参数空间的多大范围内可被测量？
• RQ3 基于横向束流极化的不对称性如何增强中性超对称粒子对产生过程中CP破坏的探测能力？
• RQ4 在MSSM参数空间的哪些区域内，三重乘积与束流极化不对称性均可实现 $S > 5$？
• RQ5 不同CP奇可观测量在所需积分亮度与信号显著性方面的灵敏度如何比较？

主要发现

• 选择荷电超对称粒子与中性超对称粒子三体衰变中的三重乘积不对称性幅度最大可达30%，表明存在强烈的CP破坏效应。
• 对于 $e^+e^- \to \tilde{\chi}_1^0 + \tilde{\chi}_2^0 \to \tilde{\chi}_1^0 + \tilde{\chi}_1^0 \ell^+\ell^-$，不对称性在MSSM参数空间的广大区域内可实现统计显著性 $S > 5$。
• 横向束流极化使得中性超对称粒子对产生过程中CP奇不对称性的定义成为可能，这是由于中性超对称粒子的马约拉纳性质允许振幅中出现 $i\epsilon_{\mu\nu\rho\sigma}$ 项。
• 通过横向束流极化定义的CP奇不对称性 $A_{\text{CP}}$ 在MSSM参数空间的广大区域内可测量，且在实际亮度条件下可实现 $S > 5$。
• 对于 $\sqrt{s} = 500~\text{GeV}$，$|M_1|/M_2 = 5/3\tan^2\theta_W$，且 $\phi_{M_1} = 0.5\pi$ 的情形，达到 $S = 5$ 所需的积分亮度处于ILC的可行范围内。
• 包含中性超对称粒子的两体衰变可增强CP不对称性的可测量性，且在包含衰变产物时无需进行产生平面重建。