[论文解读] Impact of CP phases on the search for top and bottom squarks

A. Bartl, S. Hesselbach+3 more|ArXiv.org|Sep 29, 2004

Marine and Offshore Engineering Studies被引用 3

一句话总结

本文研究了在MSSM中，特别是三线耦合 $A_t$、$A_b$ 和 Higgsino 质量参数 $\mu$，以及 U(1) 规范子质量 $M_1$ 中的复CP破坏相位，如何显著改变顶夸克和底夸克 squark（$\tilde{t}_{1,2}$、$\tilde{b}_{1,2}$）衰变分支比。通过使用 $\chi^2$ 拟合模拟的对撞机可观测量，研究表明，若忽略这些相位，将导致参数确定出现巨大误差，其中 $A_b$ 尤其难以约束，除非引入相位，这凸显了在未来超对称搜索和对撞机精密物理中必须考虑CP相位的必要性。

ABSTRACT

We study the decays of top squarks (~t_{1,2}) and bottom squarks (~b_{1,2}) in the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) with complex parameters A_t, A_b, mu and M_1. We show that including the corresponding phases strongly affects the branching ratios of ~t_{1,2} and ~b_{1,2} decays in a large domain of the MSSM parameter space. This could have an important impact on the search for ~t_{1,2} and ~b_{1,2} and the determination of the underlying MSSM parameters at future colliders.

研究动机与目标

• 研究 $A_t$、$A_b$、$\mu$ 和 $M_1$ 中复CP破坏相位对MSSM中顶夸克和底夸克squark衰变分支比的影响。
• 评估这些相位如何影响未来对撞机中 $\tilde{t}_{1,2}$ 和 $\tilde{b}_{1,2}$ 的可探测性和重建能力。
• 评估能否从质量、截面和分支比等实验可观测量中准确确定底层MSSM参数，包括复相位。
• 证明在 $\chi^2$ 拟合中假设参数为实数会导致显著更大的 $\chi^2$ 值，表明忽略相位时参数重建严重错误。

提出的方法

• 在 $(\tilde{q}_L, \tilde{q}_R)$ 基底下构建squark质量矩阵，引入复参数 $A_t$、$A_b$、$\mu$ 和 $M_1$，并通过对角化获得具有相位依赖混合角的质量本征态 $\tilde{q}_1$、$\tilde{q}_2$。
• 计算 $\tilde{t}_{1,2}$ 和 $\tilde{b}_{1,2}$ 的衰变分支比，包括 $t\tilde{g}$、$t\tilde{\chi}^0_i$、$b\tilde{\chi}^+_j$、$\tilde{b}_{1,2}W^+$ 和 $\tilde{b}_{1,2}H^+$ 等衰变模式，其宽度因复耦合和混合而具有相位依赖性。
• 定义两个基准场景：一个为小 $\tan\beta = 6$，另一个为大 $\tan\beta = 30$，各自设定软对称性破缺质量、三线耦合和相位的具体取值。
• 对模拟的实验数据（质量、截面、分支比）进行 $\chi^2$ 拟合，以重建底层MSSM参数，包括复相位。
• 拟合中包含来自 TESLA、CLIC 和 LHC 的预期实验误差，将重建参数与真实输入值比较以评估精度。
• 通过比较假设参数为实数的拟合与包含复参数的真实拟合的 $\chi^2$ 值，量化忽略复相位的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 $A_t$、$A_b$、$\mu$ 和 $M_1$ 中的复相位如何影响MSSM中顶夸克和底夸克squark衰变的分支比？
• RQ2 在多大程度上，能够从质量、截面和分支比等对撞机可观测量中重建底层MSSM参数，包括复相位？
• RQ3 如果在 $\chi^2$ 拟合中错误地假设复相位为零，对参数确定会产生何种影响？
• RQ4 分支比对相位的敏感性如何随 $\tan\beta$ 变化？
• RQ5 为何当忽略相位时，参数 $A_b$ 尤其难以准确确定？

主要发现

• 在 $A_t$、$A_b$、$\mu$ 和 $M_1$ 中包含复CP相位，显著改变了 $\tilde{t}_{1,2}$ 和 $\tilde{b}_{1,2}$ 衰变分支比在MSSM参数空间大范围内的分布。
• 在 $\tan\beta = 6$ 时，$\tilde{t}_1$ 的衰变分支比对 $M_1$ 的相位 $\varphi_1$ 敏感，表明U(1) 规范子扇区存在非平凡的CP效应。
• $\tan\beta$ 在小和大 $\tan\beta$ 情况下均可实现约3%的相对误差，表明对该参数具有良好的敏感性。
• 无论 $\tan\beta$ 取值如何，$A_t$ 的实部和虚部均可实现2–3%的独立测量误差，表明对 $A_t$ 的确定具有高精度。
• $A_b$ 的确定精度显著较低：在小 $\tan\beta$ 情况下，仅能获得数量级估计，这是由于混合和耦合对 $A_b$ 的依赖性微弱。
• $\chi^2$ 拟合中假设参数为实数时，$\chi^2$ 值显著增大：$\tan\beta=6$ 时 $\Delta\chi^2 = 286.6$（自由度=61），$\tan\beta=30$ 时 $\Delta\chi^2 = 22.5$（自由度=61），证明忽略相位会导致底层MSSM模型的严重误判。