[论文解读] Light stop decays into $W b ilde{\chi}_1^0$ near the kinematic threshold

Ramona Gröber, Margarete Mühlleitner+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 10

一句话总结

本文研究了MSSM中轻量停止在阈值附近的衰变行为，重点关注味破坏的二体衰变（˜t₁ → c˜χ₀¹）、三体衰变（˜t₁ → Wb˜χ₀¹）与四体衰变（˜t₁ → ˜χ₀¹bf¯f′）之间的相互作用。结果表明，在阈值附近，味破坏的二体衰变可能占主导或具有竞争力，因此在实验搜索中必须包含此类衰变，以避免遗漏轻量停止。

ABSTRACT

We investigate the decays of the light stop in scenarios with the lightest neutralino $ ilde{\chi}_1^0$ being the lightest supersymmetric particle, including flavour-violating (FV) effects. We analyse the region where the three-body decay $ ilde{t}_1 o W b ilde{\chi}_1^0$ is kinematically allowed and provide a proper description of the transition region between the three-body decay and the four-body decay $ ilde{t}_1 o ilde{\chi}_1^0 b f \bar{f}'$. The improved treatment has been implemented in the Fortran package { t SUSY-HIT} and is used for the analysis of this region. A scan over the parameter range including all relevant experimental constraints reveals that the FV two-body decay into charm and $ ilde{\chi}_1^0$ can be as important as the three-, respectively, four-body decays if not dominant and therefore should be taken into account in order to complete the experimental searches for the light stop.

研究动机与目标

• 分析三体衰变与四体衰变之间过渡区域在阈值附近的性质。
• 评估味破坏的二体衰变（˜t₁ → c˜χ₀¹）在轻量停止现象学中的现象学重要性。
• 通过在W玻色子传播子中引入有限宽度效应以及非零底夸克/τ轻子质量，改进衰变宽度的描述。
• 确保与Higgs玻色子搜索、遗迹密度、B物理以及电弱精确测量的实验约束一致。
• 更新并扩展SUSY-HIT软件包，以包含这些精细化的衰变计算，用于全局扫描。

提出的方法

• 采用具有通用味结构的MSSM，并在味破坏的二体衰变中包含SUSY-QCD校正。
• 使用完整的一圈修正和W玻色子传播子中的有限宽度效应，计算三体和四体衰变宽度。
• 在末态中引入非零的底夸克和τ轻子质量，以提高在阈值附近的计算精度。
• 在MSSM参数空间中执行全局扫描，施加来自LHC Higgs搜索、遗迹密度、B物理以及电弱精确可观测量的约束。
• 将改进后的衰变描述集成至SUSY-HIT Fortran软件包中，以实现一致的现象学分析。
• 使用PYTHIA和SModelS进行事件生成与简化模型解释，以与LHC排除限界进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在三体衰变阈值下方的能区，味破坏的二体衰变（˜t₁ → c˜χ₀¹）的贡献有多显著？
• RQ2 W玻色子传播子中的有限宽度效应在描述三体与四体衰变之间过渡过程中的作用是什么？
• RQ3 在阈值附近，二体衰变的分支比在多大程度上能与三体或四体衰变竞争甚至占主导？
• RQ4 在末态中引入非零的底夸克和τ轻子质量，对阈值区域的衰变宽度和分支比有何影响？
• RQ5 所得的参数配置是否与所有当前实验约束一致，包括Higgs信号强度、遗迹密度以及稀有衰变？

主要发现

• 在阈值附近，味破坏的二体衰变（˜t₁ → c˜χ₀¹）可能在压缩SUSY情景中占主导或与三体、四体衰变具有可比性。
• 在W玻色子传播子中引入有限宽度效应，可对三体与四体衰变之间的过渡区域提供一致的描述。
• 末态中非零的底夸克和τ轻子质量会导致衰变宽度中可观测到的修正，尤其在阈值附近更为显著。
• SUSY-HIT中改进的处理方法使得MSSM参数空间的扫描更加精确，揭示了此前被忽略的物理兴趣区域。
• 结果表明，若不考虑味破坏的二体衰变，基于三体衰变末态的当前LHC排除限界可能被削弱甚至失效。
• 全局一致性检查确认，存在具有显著味破坏末态分支比的可行参数点，且满足所有实验约束。