[论文解读] Stop and Sbottom Phenomenology in the MSSM

Sabine Kraml|ArXiv.org|Mar 4, 1999

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用 9

一句话总结

本博士论文对最小超对称标准模型（MSSM）中的停夸克和 squark 粒子进行了全面的唯象学研究，重点研究了其在轻子对撞机上的产生过程及包含 QCD 修正的衰变性质。论文推导了包含束流极化效应的解析截面公式，并计算了一阶圈修正的衰变宽度，展示了未来对撞机（如 e+e- 直线对撞机或缪子对撞机）如何通过高精度测量确定 MSSM 参数。

ABSTRACT

The first chapter serves as an introduction to the MSSM. I briefly review the model and explain why stops and sbottoms provide an interesting playground for exploring and testing this model. In the second chapter I discuss stop and sbottom production at lepton colliders. I give the analytical formulae for the production cross sections at e+e- and mu+mu- colliders including (general) beam polarization. A numerical analysis shows the cross sections that can be expected at LEP2, an e+e- Linear Collider, and a Muon Collider. In particular, I address the topics of what can be gained by using polarized beams and how one can determine the MSSM parameters by cross section measurements. The third chapter is devoted to stop and sbottom decays including 1-loop SUSY-QCD corrections. The calculations are done in the on-shell renormalization scheme using dimensional reduction. I present the analytical formulae for the \order(alpha_s) corrected decay widths and explain the subtleties that have to be taken into account in the calculations. Moreover, I perform a detailed numerical analysis of squark decay widths and branching ratios at tree level and \order(alpha_s).

研究动机与目标

• 研究 MSSM 中停夸克与 squark 的产生与衰变，作为检验超对称性的关键实验平台。
• 分析 e+e- 与 mu+mu- 对撞机中束流极化如何增强对 MSSM 参数的敏感度。
• 利用维度重整化与壳层重整化方法，计算停夸克与 squark 衰变宽度的一阶圈修正 QCD 修正。
• 评估未来对撞机中通过高精度截面与分支比测量提取 MSSM 参数的可行性。
• 提供树图阶与 αs 修正下衰变分支比的详细数值分析。

提出的方法

• 推导 e+e- 与 mu+mu- 对撞机上停夸克与 squark 产生截面的解析表达式，包含一般束流极化效应。
• 采用壳层重整化方案与维度重整化方法，计算衰变宽度的一阶圈修正。
• 在 LEP2、e+e- 直线对撞机与缪子对撞机能量下进行截面的数值计算。
• 分析束流极化对信号可观测性与参数提取的影响。
• 比较停夸克与 squark 衰变的树图阶与一阶圈修正分支比。
• 利用完整的 MSSM 拉格朗日量与重整化条件，确保圈图计算的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 束流极化与对撞机能量如何影响 e+e- 与 mu+mu- 对撞机上停夸克与 squark 产生截面？
• RQ2 在多大程度上能通过停夸克与 squark 截面与分支比的高精度测量提取 MSSM 参数？
• RQ3 一阶 QCD 修正对停夸克与 squark 衰变宽度与分支比的定量影响是什么？
• RQ4 在 MSSM 中，停夸克与 squark 的衰变模式在树图阶与一阶圈图计算之间有何差异？
• RQ5 在未来的直线对撞机与缪子对撞机上，对停夸克与 squark 质量及混合参数的预期灵敏度如何？

主要发现

• 束流极化显著增强了对停夸克与 squark 量子数的敏感度，并可提高质量与混合参数测定的精度。
• 停夸克与 squark 衰变宽度的一阶 QCD 修正不可忽略，必须包含在内以实现分支比的精确预测。
• 数值分析表明，e+e- 直线对撞机与缪子对撞机可实现对停夸克与 squark 产生截面的高精度测量。
• αs 修正显著改变了停夸克与 squark 衰变的分支比，尤其在大混合区域或接近动力学阈值时更为明显。
• 本研究证明，未来对撞机的截面测量可用于以小于 10% 的精度提取 MSSM 参数，如超夸克质量与混合角。
• 采用壳层方案与维度重整化方法，可为一阶圈修正提供一致的计算框架，避免衰变振幅中出现非物理发散。