[论文解读] SDECAY - A Fortran Code for SUSY Particle Decays in the MSSM

Margarete Mühlleitner|DORA PSI (Paul Scherrer Institute)|Sep 16, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用 14

一句话总结

SDECAY 是一个 Fortran 代码，用于计算 MSSM 中所有超对称粒子的衰变宽度和分支比，涵盖树图阶、QCD 修正的两体衰变、三体衰变、四体衰变以及圈图诱导衰变。它包含了更高阶效应，如带色粒子的 QCD 修正和电弱修正，使用 SuSpect 或 SLHA 格式的谱输入，可实现对 LHC 和未来正负电子对撞机实验的高精度预测。

ABSTRACT

The Fortran code SDECAY calculates the decay widths and branching ratios of all supersymmetric (SUSY) particles in the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM), including higher order effects. The usual two-body decays of sfermions and gauginos as well as the three-body decay modes of charginos, neutralinos and gluinos are included. Furthermore, the three-body stop and sbottom decays and even the four-body stop decays are calculated. The important loop-induced decays, the QCD corrections to the two-body widths involving strongly interacting particles and the dominant electroweak effects to all processes are evaluated as well.

研究动机与目标

• 提供一个高精度工具，用于计算 MSSM 中超对称粒子的衰变宽度和分支比，匹配 LHC 和未来 $e^+e^-$ 对撞机的预期实验精度。
• 包含更高阶量子修正，特别是涉及带色粒子的两体衰变的 QCD 修正，超越一阶树图计算。
• 支持多体（三体和四体）衰变以及圈图诱导衰变，当两体衰变因动力学禁戒而无法发生时，这些过程占主导地位。
• 通过 SuSpect 或 SLHA 格式灵活输入超对称谱，确保与现有谱生成和对撞机模拟框架的兼容性。
• 保持与最新理论和现象学发展的同步，包括 GMSB 衰变和 MSSM 中顶夸克的衰变。

提出的方法

• 该代码使用树图阶和 QCD 修正的两体衰变振幅，计算 selectrons、sneutrinos、sfermions、gauginos、gluinos、charginos 和 neutralinos 的衰变宽度。
• 通过考虑第三代 sfermion 混合和末态费米子质量，实现三体衰变，采用满足正确动力学约束的相空间积分。
• 利用有效场论技术和单圈自能修正，计算圈图诱导衰变，如 $\tilde{\chi}_2^0 \to \tilde{\chi}_1^0 \gamma$、$\tilde{g} \to \tilde{\chi}_1^0 g$ 和 $\tilde{t}_1 \to \tilde{\chi}_1^0 c$。
• 当三体衰变因动力学禁戒而无法发生时，包含四体衰变，如 $\tilde{t}_1 \to b \tilde{\chi}_1^0 f \bar{f}$。
• 在电弱尺度上评估运行耦合，通过规范群演化引入主要的电弱修正。
• 支持从 SuSpect 获取谱输入或从 SLHA 格式输入文件读取，确保与其它 HEP 工具的互操作性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在包含 QCD 和电弱修正的前提下，计算所有 MSSM 超对称粒子的衰变宽度和分支比？
• RQ2 QCD 修正对涉及带色粒子（如 squarks 和 gluinos）的两体衰变有何影响？
• RQ3 当两体衰变因动力学禁戒而无法发生时，三体和四体衰变对总宽度的贡献如何？
• RQ4 圈图诱导衰变（如 $\tilde{\chi}_2^0 \to \tilde{\chi}_1^0 \gamma$）在最轻中性ino 的现象学中扮演什么角色？
• RQ5 如何设计代码以支持来自多种谱生成器的灵活输入，并保持与 SLHA 等标准 HEP 格式的兼容性？

主要发现

• SDECAY 计算了 sfermions 和 gauginos 的所有两体衰变，包括涉及强相互作用粒子的 QCD 修正。
• 实现了 charginos、neutralinos、gluinos、stops 和 sbottoms 的三体衰变，包含完整的动力学依赖性和 sfermion 混合效应。
• 包含了如 $\tilde{\chi}_2^0 \to \tilde{\chi}_1^0 \gamma$ 和 $\tilde{g} \to \tilde{\chi}_1^0 g$ 等圈图诱导衰变，这对暗物质和对撞机现象学至关重要。
• 当三体衰变模式因动力学禁戒而无法发生时，计算了 stop 的四体衰变，如 $\tilde{t}_1 \to b \tilde{\chi}_1^0 f \bar{f}$。
• 代码支持 MSSM 中的顶夸克衰变，包括 $t \to \tilde{t}_1 \tilde{\chi}_1^0$，实现了完整的顶夸克区匹配。
• SDECAY 设计为快速、灵活且定期更新，支持 SuSpect 和 SLHA 输入格式，确保与现代 HEP 模拟流程的广泛兼容性。