[论文解读] Light stops in the MSSM parameter space

A. V. Gladyshev, D. I. Kazakov+1 more|ArXiv.org|Apr 11, 2007

Geophysics and Sensor Technology参考文献 3被引用 3

一句话总结

本文识别出MSSM参数空间中的一个狭窄区域——由大负值的三线耦合 $A_0$ 驱动——在此区域内顶夸克伴子（stops）变得很轻，甚至可能成为次轻的超对称粒子（NLSP）或最轻的超对称粒子（LSP）。在此情形下，stops 可能具有长寿命，从而在LHC上产生独特的信号，如位移顶点或R-核子形成，当stops质量低于150 GeV时，其成对产生截面可达数十pb。

ABSTRACT

We consider the regions of the MSSM parameter space where the top squarks become light and even may be the LSP. This happens when the triple scalar coupling A becomes very big compared to m_0. We show that in this case the requirement that the LSP is neutral imposes noticeable constraint on the parameter space excluding low m_0 and m_{1/2} similar to constraint from the Higgs mass limit. In some cases these constraints overlap. This picture takes place in a wide region of anβ. In a narrow band close to the border line the stops are long-lived particles and decay into quarks and neutralino (chargino). The cross-section of their production at LHC via gluon fusion mechanism in this region may reach a few pb.

研究动机与目标

• 识别由于大负三线耦合 $A_0$ 导致顶夸克伴子变轻并可能具有长寿命的MSSM参数空间区域。
• 研究此类轻量stops在LHC上的现象学后果，包括产生截面与衰变信号。
• 评估该情形与希格斯玻色子质量、轻离子质量限制以及WMAP遗迹密度的实验约束之间的相容性。
• 探讨由于stops长寿命导致的stop R-核子形成与位移顶点信号的可能性。
• 评估精细调节的影响与宇宙学后果，包括重子不对称性。

提出的方法

• 采用mSUGRA框架并假设软项统一，固定 $\mu > 0$ 以解决μ子反常磁矩问题。
• 应用辐射电弱对称性自发破缺与规范耦合统一来约束参数空间。
• 使用ISAJET v.7.64程序通过求解与 $A_t - \mu \cot\beta$ 成比例的非对角项，对stops质量矩阵进行对角化以计算stops质量与衰变模式。
• 将允许的参数空间投影到 $m_0$–$m_{1/2}$ 平面，针对不同的 $A_0$ 与 $\tan\beta$，识别stops成为LSP的边界。
• 通过图4中的 $\tilde{t}\tilde{t}$ 产生图计算LHC上stops成对产生的截面，采用胶子融合机制。
• 评估stops衰变分支比作为 $m_{1/2}$ 与 $|A_0|$ 的函数，重点关注 $\tilde{t} \to c\tilde{\chi}^0_1$（虽为圈抑制但长寿命区域占主导）与 $\tilde{t} \to b\tilde{\chi}^\pm_1$ / $t\tilde{\chi}^0_1$ 衰变模式。

实验结果

研究问题

• RQ1 在MSSM参数空间中，哪些区域允许由于大负值 $A_0$ 导致顶夸克伴子变轻并可能具有长寿命？
• RQ2 在此区域中，stop对的LHC产生截面如何随stop质量与 $A_0$ 变化？
• RQ3 在长寿命区域中，stops的主要衰变模式是什么？其与 $m_{1/2}$ 和 $|A_0|$ 的依赖关系如何？
• RQ4 该情形在多大程度上满足来自希格斯玻色子质量、轻离子质量限制与遗迹密度的实验约束？
• RQ5 长寿命的stops是否可能在LHC上产生可观测信号，如位移顶点或R-核子形成？

主要发现

• 当 $A_0$ 为大负值（例如 $-3500$ GeV）时，stop质量可降低至150 GeV以下，且在 $m_0$–$m_{1/2}$ 平面中形成一个狭窄区域，使stop成为LSP。
• 当 $m_{\tilde{t}} < 150$ GeV 时，stop对产生截面可达数十至数百pb，即使在 $|A_0| = 3500$ GeV 下，当stop质量更重（$m_{\tilde{t}} \sim 300$ GeV）时，截面仍下降至数pb。
• 在长寿命区域中，主导衰变模式为 $\tilde{t} \to c\tilde{\chi}^0_1$，该过程虽为圈抑制，但在长寿命区域中分支比可达100%。
• 在 $A_0$–$m_{1/2}$ 空间中广泛区域内，stop寿命可显著延长（可达宏观距离），尤其在 $m_{\tilde{t}} = m_{\tilde{\chi}^0_1}$ 边界附近，当 $c\tilde{\chi}^0_1$ 衰变模式占主导时，寿命进一步增加。
• stop质量边界与中等 $\tan\beta$ 下的希格斯质量限制重叠，两者均排除了低 $m_0$ 与 $m_{1/2}$ 区域。
• 该情形满足希格斯与轻离子质量限制、WMAP遗迹密度要求，并有利于重子不对称性，但需要对 $A_0$ 与 $\tan\beta$ 进行强烈精细调节。