[论文解读] Supersymmetry and the Linear Collider

Jonathan L. Feng, Mihoko M. Nojiri|ArXiv.org|Oct 29, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用 6

一句话总结

本文提供了对超对称性（SUSY）及其线性对撞机在探测其基本参数方面作用的全面教学性综述。它详细说明了具有高能、高亮度和极化束流的e+e−对撞机如何即使仅能探测到少数超对粒子，也能测量超对粒子的质量、耦合常数和混合参数，从而对超对称性自发破缺、统一、暗物质以及味/CP问题等关键问题给出明确答案。

ABSTRACT

We present a pedagogical introduction to supersymmetry and supersymmetric models and give an overview of the potential of the linear collider for studying them. If supersymmetry is found, its discovery will bring with it many more questions than answers. These include: -Are the newly discovered particles really superpartners? -If not all superpartners are discovered, where are the rest of them? -Do the electromagnetic, weak, and strong forces unify? -Is a supersymmetric particle the dark matter? -How are the supersymmetric flavor and CP problems solved? -What is the scale of supersymmetry breaking? -What are the fundamental interactions at the Planck scale? We review how the linear collider will provide definitive answers to some of these and may shed light on the rest, even if only one or a few superpartners are kinematically accessible.

研究动机与目标

• 为超对称性及其对对撞机物理学的唯象学影响提供教学性介绍。
• 概述线性对撞机在有限运动学探测范围下解决超对称性基本问题的潜力。
• 将线性对撞机测量结果与更广泛的理论难题（如规范耦合统一、暗物质以及味/CP问题）相联系。
• 展示如何从线性对撞机数据中提取模型无关的软超对称性破缺参数测量。
• 强调线性对撞机与强子对撞机在探测超出直接探测范围的全部超对粒子谱系方面的协同作用。

提出的方法

• 以最小超对称标准模型（MSSM）作为分析超对粒子相互作用的理论框架。
• 应用截面、极化截面和衰变链的精确测量，以提取软超对称性破缺参数。
• 采用质量重建技术和运动学端点方法，以确定超费米子质量与混合角。
• 分析选择道和中性子/带电粒子对产生过程中的信号与背景，包括轻子味违反和CP破坏效应。
• 利用极化束流增强对量子数与耦合常数的敏感度，实现对超对称结构的模型无关检验。
• 通过热重子密度计算与中性子-核子散射截面，将对撞机可观测量与宇宙学约束相联系。

实验结果

研究问题

• RQ1 即使仅有一个或两个超对粒子处于运动学可达范围内，线性对撞机是否能明确确定其质量与混合参数？
• RQ2 线性对撞机如何通过精确测量解决超对称味问题与CP破坏问题？
• RQ3 线性对撞机在多大程度上可检验规范耦合统一，并确定超对称性破缺尺度？
• RQ4 线性对撞机能否通过直接测量区分不同的超对称性破缺机制（例如引力介导、规范介导）？
• RQ5 线性对撞机的测量如何约束暗物质的本质，特别是中性子与引力子作为候选者？

主要发现

• 即使仅能探测到一个或少数几个超对粒子，线性对撞机仍可对软超对称性破缺参数（如gaugino质量、sfermion质量与三线性耦合）进行模型无关的测量。
• 极化束流可精确确定带电粒子与中性子的量子数与耦合常数，从而实现对超对称性关系与混合模式的直接检验。
• 线性对撞机可实现亚GeV精度的selectron质量测量，从而支持对selectron混合与轻子味违反的深入研究。
• 通过测量极化截面与衰变不对称性，线性对撞机可对MSSM中CP破坏相位实现高灵敏度探测。
• 通过对中性子性质及其与核子散射截面的测量，线性对撞机可确定暗物质的本质，并与直接探测实验结果进行对比。
• 线性对撞机可约束gravitino质量与NLSP寿命，可能观测到晚期衰变NLSP产生的位移顶点，从而为暖暗物质模型提供探测手段。