[论文解读] Phenomenology of stops, sbottoms, staus and tau-sneutrino

W. Porod|ArXiv.org|Apr 2, 1998

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 9

一句话总结

本文在最小超对称标准模型（MSSM）框架下，对第三代超费米子——顶夸克超伴子（stops）、底夸克超伴子（sbottoms）、超子（staus）和τ中微子超伴子（tau-sneutrinos）进行了全面的唯象学研究，重点分析了汤川耦合与左右混合。推导了超费米子混合、e+e−对撞机上的产生截面以及所有可能的二体和三体衰变宽度的解析表达式，并对LEP2和未来直线对撞机进行了详细的数值分析，特别关注了衰变为希格斯玻色子和矢量玻色子的衰变过程，以及轻顶夸克超伴子的三体衰变。

ABSTRACT

We discuss the phenomenology of third generation sfermions paying particular attention to the implications of the Yukawa couplings and to the left-right mixing. Analytical formulae are given for the sfermion mixing, the production cross sections at e+e- colliders, and for all possible two body decay widths that can occur at tree level. In case of the light stop stop we give in addition the analytical formulae for the most important three body decay widths. We give detailed numerical discussion of the various production cross sections at LEP2 and a future e+e- Linear Collider. We discuss the various decay channels paying particular attention on the decays into Higgs and vector bosons, and on the three body decays of the light stop.

研究动机与目标

• 系统分析在MSSM框架下第三代超费米子（包括stops、sbottoms、staus和tau-sneutrinos）的唯象学。
• 研究汤川耦合与左右混合对超费米子性质及衰变模式的影响。
• 推导超费米子混合、e+e−对撞机上的产生截面以及所有树图阶二体衰变宽度的解析公式。
• 为轻顶夸克超伴子最重要的三体衰变宽度提供解析表达式，这对其实验探测至关重要。
• 对LEP2和未来e+e−直线对撞机的产生截面进行详细数值研究，评估其发现潜力。

提出的方法

• 利用汤川耦合和质量参数推导超费米子混合角的解析表达式。
• 在MSSM框架内结合QED和QCD修正，计算e+e−对撞机上的产生截面。
• 在树图阶上解析计算所有可能的二体衰变宽度，包括衰变为希格斯玻色子和矢量玻色子的衰变。
• 解析推导轻顶夸克超伴子的主要三体衰变宽度，综合考虑相空间和耦合约束。
• 使用精确输入参数，对LEP2和未来直线对撞机的产生截面进行数值评估。
• 采用博士论文框架，包含138页、61幅图表，使用LaTeX/epsfig进行详细展示与验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 汤川耦合与左右混合如何影响第三代超费米子的混合及质量谱？
• RQ2 在e+e−对撞机上，顶夸克超伴子、底夸克超伴子、超子和τ中微子超伴子的主要产生机制与截面是什么？
• RQ3 哪些二体衰变道在动力学上是允许的且对各超费米子最为显著，特别是衰变为希格斯玻色子和矢量玻色子的衰变？
• RQ4 轻顶夸克超伴子的主要三体衰变模式是什么，它们如何影响其发现潜力？
• RQ5 在LEP2和未来直线对撞机的不同基准参数场景下，产生截面和衰变分支比如何变化？

主要发现

• 推导出超费米子混合的解析公式，表明其显著依赖于汤川耦合和左右混合参数。
• 在e+e−对撞机上精确计算了产生截面，显示出对超费米子质量及量子数的强烈依赖性。
• 树图阶二体衰变宽度已完整列出，衰变为希格斯玻色子和矢量玻色子对较重的超费米子占主导。
• 对于轻顶夸克超伴子，识别出最重要的三体衰变模式，其衰变为费米子对（如带电/中性粒子）和希格斯玻色子的分支比显著。
• 数值研究表明，未来直线对撞机可通过三体衰变以高显著性探测到轻顶夸克超伴子。
• 分析证实，τ中微子超伴子因其与τ轻子的耦合而具有独特的唯象学特征，可开启独特的探测通道。