Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10077/3064
Title: One loop electroweak analysis for third family scalar quarks production at LHC
Other Titles: analisi a un loop elettrodebole di processi di produzione di squark della terza famiglia a LHC
Authors: Panizzi, Luca
Supervisore/Tutore: Verzegnassi, Claudio
Verzegnassi, Claudio
Issue Date: 13-Mar-2009
Publisher: Università degli studi di Trieste
Abstract: The thesis is devoted to the analysis of electroweak one-loop corrections to processes of production of scalar quarks of the third family at the Large Hadron Collider (LHC) in the context of the minimal supersymmetric extension of the Standard Model (MSSM). Third family squarks are are predicted to be among the lightest supersymmetric particles, hence they could be among the first signals of new physics to be detected at the LHC. Moreover, a very light stop (with a mass of the same order of the top mass) might play a relevant role within a cosmological model of electroweak baryogenesis. A precise analysis of one-loop corrections to processes of production of stop and sbottom particles and the determination of theoretical predictions to be tested against LHC data are therefore mandatory to understand the properties of these particles. The EW NLO corrections to the most meaningful observables related to these processes (differential and total cross sections) have been calculated and the dependence on supersymmetric parameters of the considered observables has been analysed. The considered processes are: 1) PP -> gg -> stop-antistop (sbottom-antisbottom); 2) PP-> bg -> stop-chargino. In both cases the analysis has been performed within various mSUGRA scenarios. For this purpose three C++ codes which exploit Monte Carlo techniques for the integration of cross sections have been developed. For the stop-antistop production case the diagonal production shows a total cross section of the order of 10 picobarns in some scenarios which predict a light stop; electroweak corrections, however, are of the order of few percent for every scenario considered; through the definition of the partial rates it is possible to obtain correction near to 10% in the high invariant mass region. The analysis of the dependence of one-loop corrections on mSUGRA parameters has been performed and it has been verified that the dependence is quite mild (variations up to 4%). In the case of sbottom production the total cross sections are generally smaller than 1pb and the one-loop corrections are not very sizable. As far as the parametric dependence is concerned, for diagonal production of light sbottom an interesting dependence on the parameter tg(beta) has been found in a particular scenario. For the stop-chargino production process the total cross sections are of the order of the picobarn in scenarios where stop and charginos are not too massive. The one-loop corrections are of the order of few percent and, due to the small cross sections in the considered scenarios, they are unfortunaltely quite difficult to observe at the LHC; the analysis through the partial rates predicts higher corrections, though difficult to detect. Due to these results, the parametric analysis has been performed at tree level, where the observables depend on a limited number of supersymmetric parameters: the strongest dependence has been found to be on the stop mixing angle and on the supersymmetric parameter mu. The analysis of stop production processes within scenarios of electroweak baryogenesis has been performed in both cases. For the case of diagonal production of light stop-antistop pairs, the electroweak one-loop effect on the total cross section has been found to be quite mild. Due to the small stop mass the total cross section is however of the order of 10pb. Therefore, through the analysis of partial rate it is possible to predict effects of the order of 10% with a still detectable cross section. In the stop-chargino case, the total cross section has been found to be smaller than 1pb even in the lightest configuration, and the one-loop correction is 2%.
La presente tesi consiste nell'analisi delle correzioni elettrodeboli a 1 loop di alcuni processi di produzione di quark scalari della terza famiglia al Large Hadron Collider nell'ambito dell'estensione supersimmetrica minimale del Modello Standard (MSSM). Gli squark della terza famiglia sono particolarmente importanti perché si prevede che siano fra le particelle supersimmetriche più leggere, e per questo motivo potrebbero essere fra i primi segnali di nuova fisica ad essere osservati all'LHC. Inoltre, uno stop particolarmente leggero (con una massa dello stesso ordine di quella del top) potrebbe giocare un ruolo rilevante nell'ambito di un modello cosmologico di bariogenesi elettrodebole. Una precisa analisi delle correzioni a 1 loop dei processi di produzione di stop e sbottom con la determinazione di previsioni teoriche da verificare sperimentalmente ad LHC è quindi fondamentale per cercare di comprendere le proprietà di queste particelle. In questa tesi vengono calcolate le correzioni sui principali osservabili legati a questi processi (sezioni d'urto differenziali e totali) e viene analizzata la dipendenza dai parametri supersimmetrici degli osservabili considerati. I processi analizzati sono: 1) PP -> gg -> stop-antistop (sbottom-antisbottom); 2) PP -> bg -> stop-chargino. In entrambi i casi l'analisi è stata effettuata nel contesto di diversi scenari mSUGRA. Sono stati sviluppati per questo scopo tre codici in C++ che si avvalgono di tecniche di Monte Carlo per l'integrazione delle sezioni d'urto. Nel caso del processo di produzione di stop, si è verificato che per alcuni scenari che prevedono uno stop leggero, la produzione diagonale ha una sezione d'urto totale dell'ordine della decina di picobarn; le correzioni elettrodeboli però sono dell'ordine di qualche punto percentuale per tutti gli scenari considerati; tramite la definizione delle cosiddette rate parziali è possibile ottenere correzioni vicine al 10% nella regione di alte masse invarianti. E' stata poi eseguita un'analisi di come gli effetti a un loop dipendono dai parametri mSUGRA, verificando che la dipendenza è poco apprezzabile (variazioni del 4%). Nel caso di produzione di sbottom le sezioni d'urto sono generalmente inferiori al picobarn e le correzioni a 1 loop rimangono abbastanza limitate. Per quanto riguarda la dipendenza parametrica, per produzione diagonale di sbottom leggeri c'è una interessante dipendenza dal parametro tg(beta) in un particolare scenario supersimmetrico. Nel caso del processo di produzione di stop-chargino la sezione d'urto è dell'ordine del picobarn nei casi che prevedono stop e chargini non eccessivamente massivi. Anche in questo caso le correzioni a 1 loop sono di qualche punto percentuale, difficilmente visibili a LHC a causa delle basse sezioni d'urto negli scenari considerati; l'analisi delle rate parziale consente di ottenere correzioni maggiori, ma difficilmente osservabili. A causa della scarsa visibilità del processo, l'analisi parametrica è stata effettuata a livello albero, dove gli osservabili dipendono da un numero limitato di parametri supersimmetrici: la dipendenza maggiore risulta essere per l'angolo di mixing dello stop e dal parametro supersimmetrico mu. Per quanto riguarda l'analisi dei processi di produzione di stop nell'ambito di scenari di bariogenesi elettrodebole, nel caso di produzione diagonale di stop leggeri, l'effetto a 1 loop è scarso, ma data la piccola massa dello stop che determina una sezione d'urto dell'ordine della decina di picobarn, l'analisi della rate parziale permette di prevedere effetti dell'ordine del 10%. Nel caso di stop-chargino la sezione d'urto risulta essere inferiore al picobarn anche nella configurazione più leggera e la correzione a 1 loop è del 2%.
Ciclo di dottorato: XXI Ciclo
metadata.dc.subject.classification: FISICA
Description: 2007/2008
Keywords: supersymmetry
third family squarks
LHC
one loop electroweak corrections
Language: en
Type: Doctoral Thesis
Settore scientifico-disciplinare: FIS/02 FISICA TEORICA, MODELLI E METODI MATEMATICI
NBN: urn:nbn:it:units-7384
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