[论文解读] Impact of bosonic decays on the search for stau_2 and tau-sneutrino

A. Bartl, H. Eberl+6 more|arXiv (Cornell University)|Apr 21, 1999

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 8

一句话总结

本文研究了在MSSM中，自费米子衰变模式（如 stau₂ → stau₁ + h⁰, Z⁰, 或 W⁻，以及 snu_τ → stau₁ + H⁺）对 stau₂ 和 tau-sneutrino 检测的影响。由于较大的 tau Yukawa 耦合以及 stau 混合效应，这些玻色子衰变模式可能主导费米子衰变模式，并显著改变衰变动力学，从而影响未来实验中的对撞机搜索策略与参数确定。

ABSTRACT

We perform a detailed study of the decays of the heavier tau slepton (stau_2) and tau-sneutrino (snu_tau) in the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM). We show that the decays into Higgs or gauge bosons, i.e. stau_2 -> stau_1 + (h^0, H^0, A^0 or Z^0), stau_2 -> snu_tau + (H^- or W^-), and snu_tau -> stau_1 + (H^+ or W^+), can be very important due to the sizable tau Yukawa coupling and large mixing parameters of stau. Compared to the decays into fermions, such as stau_2 -> tau + neutralino_i and stau_2 -> nu_tau + chargino_j^-, these bosonic decay modes can have significantly different decay distributions. This could have an important influence on the search for stau_2 and snu_tau and the determination of the MSSM parameters at future colliders.

研究动机与目标

• 评估在MSSM中，较重的tau-selectron（stau₂）与tau-sneutrino（snu_τ）衰变中，Higgs与规范玻色子等玻色子衰变通道的重要性。
• 评估较大的tau Yukawa耦合与stau混合参数如何影响这些玻色子衰变分支比相对于费米子模式的变化。
• 研究这些衰变模式对未来对撞机实验搜索策略的影响。
• 确定玻色子衰变如何影响动量分布与衰变末态的可探测性。
• 探讨这些衰变对通过对撞机测量精确提取MSSM参数的影响。

提出的方法

• 在MSSM框架下，对stau₂与snu_τ的衰变宽度进行详细的单圈分析。
• 在衰变道中包含Higgs（h⁰, H⁰, A⁰）、Z⁰、W⁻、H⁺与W⁺玻色子的贡献。
• 利用包含大stau混合参数与显著tau Yukawa耦合的MSSM拉格朗日量，计算分支比。
• 将玻色子衰变率与主导的费米子衰变模式（如 stau₂ → τ + neutralino，stau₂ → ν_τ + chargino）进行比较。
• 分析玻色子与费米子衰变模式在衰变动力学与事件拓扑结构上的差异。
• 通过数值计算评估相对分支比及其对MSSM参数的依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有大stau混合与tau Yukawa耦合的MSSM中，stau₂与snu_τ的玻色子衰变模式有多重要？
• RQ2 stau₂衰变至Higgs或规范玻色子的分支比与费米子末态相比如何？
• RQ3 stau₂与snu_τ的玻色子衰变在动量分布与不变质量谱上与费米子衰变有何不同？
• RQ4 玻色子衰变在多大程度上会改变stau₂与snu_τ在未来的对撞机中的可探测性？
• RQ5 这些衰变对实验分析中MSSM参数的精确提取有何影响？

主要发现

• 由于较大的tau Yukawa耦合与stau混合效应，stau₂ → stau₁ + h⁰, Z⁰, 或 W⁻ 等玻色子衰变模式可能主导费米子衰变。
• stau₂衰变至Higgs与规范玻色子的分支比可显著增强，达到与费米子末态相当甚至更大的值。
• 玻色子模式的衰变分布与费米子衰变有显著差异，尤其体现在不变质量谱与动量分布上。
• snu_τ → stau₁ + H⁺ 衰变模式尤为重要，因其耦合较大，可能主导其他衰变道。
• 这些玻色子衰变可能改变预期的信号拓扑结构，导致标准搜索策略中出现误识别或灵敏度下降。
• 未来对撞机实验必须考虑这些衰变模式，以避免遗漏信号或错误解读MSSM参数空间。