Titelaufnahme

Titel
Quark flavour violating decays in supersymmetry / von Sebastian Frank
VerfasserFrank, Sebastian
Begutachter / BegutachterinMajerotto, Walter ; Eberl, Helmut
Erschienen2014
UmfangX, 100 S. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Diss., 2014
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Supersymmetrie / MSSM / Strahlungskorrekturen / Renormierung / Quark-Flavour-Verletzung / Squarkzerfälle / Gluinozerfälle / Seltener B-Mesonzerfall / Globale Parameterfits
Schlagwörter (EN)Supersymmetry / MSSM / radiative corrections / renormalisation / quark flavour violation / squark decays / gluino decays / rare B-meson decays / global parameter fits
Schlagwörter (GND)Supersymmetrie / Flavour <Elementarteilchen> / Elementarteilchen / Zerfall
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-63759 Persistent Identifier (URN)
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Quark flavour violating decays in supersymmetry [3.04 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Erweiterungen des Standardmodells (SM) der Elementarteilchenphysik wie dem Minimal Supersymmetrischen Standardmodell (MSSM) koennen prinzipiell neue Quellen fuer Quark-Flavour-Verletzungen (QFV) enthalten. Da diese moeglichen nicht-minimalen QFV Effekte verschiedene MSSM Teilchenzerfaelle beeinflussen koennen, koennen sie unter anderem einen erheblichen Einfluss auf die Suche nach MSSM Teilchen am Large Hadron Collider (LHC) haben. Deshalb ist die Berechnung dieser allgemeinen QFV Zerfaelle mit hoher Genauigkeit notwendig. Wir berechnen in dieser Doktorarbeit zum ersten Mal alle Squark und Gluino Zweikoerperzerfallsbreiten im MSSM mit allgemeiner QFV auf vollem Einschleifenniveau. Wir beruecksichtigen die SPA Konvention, benutzen das DRbar Renormierungsschema und beziehen die weichen und harten Photon/Gluon-Bremsstrahlungsprozesse mit ein. Basierend auf unseren Berechnungen entwickeln wir das erste oeffentlich verfuegbare Programmpaket namens FVSFOLD (Flavour Violating Squark Full One Loop Decays), welches automatisch alle bereits erwaehnten nicht-minimalen QFV Zerfaelle auf vollem Einschleifenniveau berechnet und dabei das SLHA2 Eingabe-/Ausgabeformat benutzt. Wir praesentieren eine Fallstudie bestehend aus zwei Szenarien, um die QFV Funktionalitaet und Nuetzlichkeit unseres Programms anhand eines Vergleichs unseres kompletten Einschleifenresultats mit unseren supersymmetrischen-QCD (SUSY-QCD) und Born Resultaten sowie mit den Ergebnissen des Programms SPheno zu demonstrieren. In beiden Szenarien nehmen wir eine nicht-minimale QFV Mischung zwischen der zweiten und dritten Squark-Generation an und beruecksichtigen die wichtigsten experimentellen Einschraenkungen. Wir erhalten signifikante Abweichungen bei Zerfallsbreiten und Verzweigungsverhaeltnissen von dem Fall mit Quark-Flavour-Erhaltung, welche abhaengig von den QFV Parametern bis zu rund 54 Prozent (23 Prozent) bei Squark (Gluino) Zerfaellen betragen koennen. Darueber hinaus beobachten wir, dass die elektroschwachen Beitraege sogar groesser als die SUSY-QCD Korrekturen werden koennen (manchmal mit umgekehrten Vorzeichen) und man sie somit nicht vernachlaessigen kann. Wir schliessen daraus, dass es wichtig ist, moegliche nicht-minimale QFV Effekte in Squark und Gluino Zerfaellen zu beruecksichtigen, da sie einen Einfluss auf die Suche nach Squarks und Gluinos am LHC haben koennen. Ausserdem ist es notwendig, auch die elektroschwachen Korrekturen bei den Berechnungen dieser QFV Zerfaelle miteinzubeziehen, um eine angemessene Genauigkeit zu erreichen. Des Weiteren praesentieren wir einen zusaetzlichen Aspekt von QFV Zerfaellen, indem wir die Unsicherheiten in der Berechnung des seltenen B-Meson Zerfalls B in Xs Gamma untersuchen. (Dieser Zerfall dient als wichtige Einschraenkung fuer allgemeine Studien des MSSM.) Insbesondere schaetzen wir die Unsicherheiten aufgrund der unterschiedlichen Implementierungen mittels einer numerischen Studie ab, welche verschiedene oeffentlich verfuegbare Programme innerhalb des phenomenologischen MSSM (pMSSM) miteinander vergleicht. Die Auswirkungen dieser Unsicherheiten auf globale Parameterfits des pMSSM werden ueber eine globale Bayes-Analyse unter Verwendung von Markov-Ketten-Monte-Carlo-Verfahren (MCMC) untersucht. Wir erhalten relative Unterschiede der verschiedenen MSSM Berechnungen von rund 10 Prozent. Beim Vergleich der alleinigen SUSY-Beitraege fallen die relativen Unterschiede auf rund 3 Prozent, da die Unterschiede in den SM Berechnungen recht gross sind. Beim Vergleich von Programmen mit aehnlichen Implementierungen beobachten wir, dass die Auswirkungen auf globale Parameterfits des pMSSM gering ausfallen (d.h. die Wahrscheinlichkeitsprognosen unterscheiden sich kaum).

Zusammenfassung (Englisch)

Extensions of the Standard Model (SM) of elementary particle physics like the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) can potentially contain new sources of quark flavour violation (QFV). Since these possible non-minimal QFV effects can influence various MSSM particle decays they can have a significant impact on MSSM particle searches at the Large Hadron Collider (LHC), among other things. Thus calculating these general QFV decays with high precision is necessary. In this thesis we calculate for the first time all squark and gluino two-body decay widths in the MSSM with general QFV at full one-loop level. We follow the SPA convention using the DRbar renormalisation scheme and include soft and hard photon/gluon bremsstrahlung to our decays. Based on our calculations we develop the first publicly available program package called FVSFOLD (Flavour Violating Squark Full One Loop Decays), which computes automatically all aforementioned non-minimal QFV decays at full one-loop level and uses the SLHA2 input/output format. We present a case study consisting of two scenarios to demonstrate the QFV functionality and usefulness of our code by comparing our full one-loop results with our supersymmetric-QCD (SUSY-QCD) and tree-level calculations and with the results from the program SPheno. In both scenarios we assume non-minimal QFV mixing between the second and third up-type squark generations and take the most important experimental constraints into account. We obtain significant deviations of decay widths and branching ratios from the quark flavour conserving case up to about 54 percent (23 percent) in squark (gluino) decays, depending on the QFV parameters. Moreover, we observe that the electroweak contributions can become even larger than the SUSY-QCD corrections (sometimes with opposite sign) and thus cannot be neglected. We conclude that it is important to account for possible non-minimal QFV effects in squark and gluino decays since they can have an influence on the squark and gluino searches at the LHC. Furthermore, it is necessary to include also electroweak corrections when calculating these QFV decays to attain an adequate accuracy. We further present an additional aspect of QFV decays by studying the uncertainties in the calculation of the rare B meson decay B to Xs gamma (an important constraint for general studies of the MSSM). In particular, we assess the uncertainties caused by different implementations via a numerical study comparing various public codes within the phenomenological MSSM (pMSSM). The impact of these uncertainties on global parameter fits of the pMSSM is explored via a global Bayesian analysis using Markov Chain Monte Carlo (MCMC) techniques. We obtain relative differences of the various MSSM predictions of about 10 percent. When comparing the SUSY contributions alone the relative differences drop down to about 3 percent, since the discrepancies in the SM predictions are quite large. When comparing programs with similar implementations we observe that the impact on global fits of the pMSSM is rather small (i.e. probability predictions differ only slightly).