ISAJET/doc/isassdoc.doc

   1 *
   2 * $Id$
   3 *
   4 * $Log$
   5 * Revision 1.2  1996/12/04 17:39:53  cernlib
   6 * Version 7.22 from author
   7 *
   8 *
   9 * This directory was created from /afs/cern.ch/user/m/mclareni/isajet/isajet.car patch isassdoc
  10                              ISASUSY 7.21
  11             Decay Modes in the Minimal Supersymmetric Model
  12
  13                               Howard Baer
  14                        Florida State University
  15                          Talahassee, FL 32306
  16
  17                             Frank E. Paige
  18                     Brookhaven National Laboratory
  19                             Upton, NY 11973
  20
  21                            S.D. Protopopescu
  22                     Brookhaven National Laboratory
  23                             Upton, NY 11973
  24
  25                               Xerxes Tata
  26                          University of Hawaii
  27                           Honolulu, HI 96822
  28
  29
  30
  31       The code in patch ISASUSY of ISAJET calculates decay modes of
  32 supersymmetric particles based on the work of H. Baer, M. Bisset, D.
  33 Dzialo (Karatas), X. Tata, J. Woodside, and their collaborators. The
  34 calculations assume the minimal supersymmetric extension of the
  35 standard model.  Supersymmetric grand unification is assumed by
  36 default in the chargino and neutralino mass matrices, although the
  37 user can override this by specifying arbitrary U(1) and SU(2) gaugino
  38 masses at the weak scale. The squark, left and right slepton and
  39 sneutrino masses are treated as arbitrary.  Soft breaking masses are
  40 input for the 3rd generation; mass eigenstates are computed from
  41 these.  Most calculations are done at the tree level, but one-loop
  42 results for gluino loop decays, H -> GM GM and H -> GL GL, loop
  43 corrections to the Higgs mass spectrum and couplings, and QCD
  44 corrections to H -> q qbar are included. The Higgs masses have been
  45 calculated using the effective potential approximation including both
  46 top and bottom Yukawa and mixing effects.  Mike Bisset and Xerxes Tata
  47 have contributed the Higgs mass, couplings, and decay routines. Note
  48 that e+e- annihilation to SUSY particles and SUSY Higgs bosons have
  49 been included in ISAJET versions >7.11. The following are NOT included
  50 in this version:
  51
  52     * WH and ZH Higgs production mechanisms in hadronic collisions
  53
  54     * Large tan(beta) solution (tan(beta)<=10 should be chosen)
  55
  56     * Non-degenerate 1st and 2nd generation sfermions
  57
  58 These and other processes may be added in future versions as the physics
  59 interest warrants. Note that the details of the masses and the decay
  60 modes can be quite sensitive to choices of standard model parameters
  61 such as the QCD coupling ALFA3 and the quark masses.  To change these,
  62 you must modify subroutine SSMSSM. By default, ALFA3=.12.
  63
  64       All the mass spectrum and branching ratio calculations in ISASUSY
  65 are performed by the call to
  66
  67       SUBROUTINE SSMSSM(XM1,XM2,XMG,XMS,XMTL,XMTR,XMLL,XMLR,XMNL
  68      $,XTANB,XMHA,XMU,XMT,XAT,XMBR,XAB,IALLOW)
  69
  70 where the following are taken to be independent parameters:
  71
  72       XM1    = U(1) gaugino mass
  73              = computed from XMG if > 1E19
  74       XM2    = SU(2) gaugino mass
  75              = computed from XMG if > 1E19
  76       XMG    = gluino mass
  77       XMS    = common u,d,s,c squark mass
  78       XMTL   = left soft breaking stop mass
  79       XMTR   = right soft breaking stop mass
  80       XMBR   = right soft breaking sbottom mass
  81       XMLL   = left slepton mass
  82       XMLR   = right slepton mass
  83       XMNL   = sneutrino mass
  84       XTANB  = tan(beta) = ratio of vev's
  85              = 1/R (of old Baer-Tata notation).
  86       XMU    = mu = SUSY Higgs mass
  87              = -2*m_1 of Baer et al.
  88       XMHA   = pseudo-scalar Higgs mass
  89       XMT    = top quark mass
  90       XAT    = stop squark trilinear term
  91       XAB    = sbottom squark trilinear term
  92
  93 The variable IALLOW is returned:
  94
  95       IALLOW = 1 if Z1SS is not LSP, 0 otherwise
  96
  97 All variables are of type REAL except IALLOW, which is INTEGER, and all
  98 masses are in GeV. The notation is taken to correspond to that of Haber
  99 and Kane, although the Tata Lagrangian is used internally. All other
 100 standard model parameters are hard wired in this subroutine; they are
 101 not obtained from the rest of ISAJET. The theoretically favored range of
 102 these parameters is
 103
 104       50 < M(gluino) < 2000 GeV
 105       50 < M(squark) < 2000 GeV
 106       50 < M(slepton) < 2000 GeV
 107       -1000 < mu < 1000 GeV
 108       1 < tan(beta) < mt/mb
 109       100 < M(top) < 200 GeV
 110       50 < M(HA) < 1000 GeV
 111       M(t_l), M(t_r) < M(squark)
 112       M(b_r) ~ M(squark)
 113       -1000 < A_t < 1000 GeV
 114       -1000 < A_b < 1000 GeV
 115
 116 It is assumed that the lightest supersymmetric particle is the lightest
 117 neutralino Z1. Some choices of the above parameters may violate this
 118 assumption, yielding a light chargino or light stop squark lighter than
 119 Z1SS. In such cases SSMSSM does not compute any branching ratios and
 120 returns IALLOW = 1.
 121
 122       SSMSSM does not check the parameters or resulting masses against
 123 existing experimental data. SSTEST provides a minimal test. This routine
 124 is called after SSMSSM by ISAJET and ISASUSY and prints suitable warning
 125 messages.
 126
 127       SSMSSM first calculates the other SUSY masses and mixings and puts
 128 them in the common block /SSPAR/:
 129
 130 #include "sspar.inc"
 131
 132 It then calculates the widths and branching ratios and puts them in the
 133 common block /SSMODE/:
 134
 135 #include "ssmode.inc"
 136
 137 Decay modes for a given particle are not necessarily adjacent in this
 138 common block.  Note that the branching ratio calculations use the full
 139 matrix elements, which in general will give nonuniform distributions in
 140 phase space, but this information is not saved in /SSMODE/.  In
 141 particular, the decays H -> Z + Z* -> Z + f + fbar give no indication
 142 that the f + fbar mass is strongly peaked near the upper limit.
 143
 144       All IDENT codes are defined by parameter statements in the PATCHY
 145 keep sequence SSTYPE:
 146
 147 #include "sstype.inc"
 148
 149 These are based on standard ISAJET but can be changed to interface with
 150 other generators.  Since masses except the t mass are hard wired, one
 151 should check the kinematics for any decay before using it with possibly
 152 different masses.
 153
 154       Instead of specifying all the SUSY parameters at the electroweak
 155 scale using the MSSMi commands, one can instead use the SUGRA parameter
 156 to specify in the minimal supergravity framework the common scalar mass
 157 M_0, the common gaugino mass M_(1/2), and the soft trilinear SUSY
 158 breaking parameter A_0 at the GUT scale, the ratio tan(beta) of Higgs
 159 vacuum expectation values at the electroweak scale, and sign(mu), the
 160 sign of the Higgsino mass term.  The renormalization group equations are
 161 solved iteratively using Runge-Kutta numerical integration, as follows:
 162
 163       (1) The RGE's are run from the weak scale M_Z up to the GUT scale,
 164       where alpha_1 = alpha_2, taking all thresholds into account. We use
 165       two loop RGE equations for the gauge couplings only.
 166
 167       (2) The GUT scale boundary conditions are imposed, and the RGE's
 168       are run back to M_Z, again taking thresholds into account.
 169
 170       (3) The masses of the SUSY particles and the values of the soft
 171       breaking parameters B and mu needed for radiative symmetry are
 172       computed, e.g.
 173            mu**2(M_Z) = (M_H1**2 - M_H2**2 * tan**2(beta))
 174                         /(tan**2(beta)-1) - M_Z**2/2
 175
 176       (4) The 1-loop radiative corrections are computed.
 177
 178       (5) The process is then interated until stable results are
 179       obtained.
 180
 181 This is essentially identical to the procedure used by several other
 182 groups. Other possible constraints such as b-tau unification and limits
 183 on proton decay have not been included.
 184
 185       Patch ISASSRUN of ISAJET provides a main program SSRUN and some
 186 utility programs to produce human readable output.  These utilities must
 187 be rewritten if the IDENT codes in /SSTYPE/ are modified.  To create the
 188 stand-alone version of ISASUSY with SSRUN, run YPATCHY on isajet.pam
 189 with the following cradle:
 190
 191 \+USE,*ISASUSY.                         Select all code
 192 \+USE,NOCERN.                           No CERN Library
 193 \+USE,IMPNONE.                          Use IMPLICIT NONE
 194 \+EXE.                                  Write everything to ASM
 195 \+PAM.                                  Read PAM file
 196 \+QUIT.                                 Quit
 197
 198 Compile, link, and run the resulting program, and follow the prompts for
 199 input.  Patch ISASSRUN also contains a main program SUGRUN that reads
 200 the SUGRA parameters, solves the renormalization group equations, and
 201 calculates the masses and branching ratios.  To create the stand-alone
 202 version of ISASUGRA, run YPATCHY with the following cradle:
 203
 204 \+USE,*ISASUGRA.                        Select all code
 205 \+USE,NOCERN.                           No CERN Library
 206 \+USE,IMPNONE.                          Use IMPLICIT NONE
 207 \+EXE.                                  Write everything to ASM
 208 \+PAM.                                  Read PAM file
 209 \+QUIT.                                 Quit
 210
 211 To produce the documentation, run YPATCHY with the following cradle:
 212
 213 \+USE,CDESUSY,ISASSDOC
 214 \+EXE
 215 \+PAM
 216 \+QUIT
 217
 218 This documentation is automatically appended to that for ISAJET.
 219
 220       ISASUSY is written in ANSI standard Fortran 77 except that
 221 IMPLICIT NONE is used if +USE,IMPNONE is selected in the Patchy cradle.
 222 All variables are explicitly typed, and variables starting with
 223 I,J,K,L,M,N are not necessarily integers.  All external names such as
 224 the names of subroutines and common blocks start with the letters SS.
 225 Most calculations are done in double precision.  If +USE,NOCERN is
 226 selected in the Patchy cradle, then the Cernlib routines EISRS1 and its
 227 auxiliaries to calculate the eigenvalues of a real symmetric matrix and
 228 DDILOG to calculate the dilogarithm function are included.  Hence it is
 229 not necessary to link with Cernlib.
 230
 231       The physics assumptions and details of incorporating the Minimal
 232 Supersymmetric Model into ISAJET have appeared in a conference
 233 proceedings entitled
 234
 235       H. Baer, F. Paige, S. Protopopescu and X. Tata,
 236       "Simulating Supersymmetry with ISAJET 7.0/ISASUSY 1.0",
 237
 238 which has appeared in the proceedings of the workshop on "Physics at
 239 Current Accelerators and Supercolliders", ed. J. Hewett, A. White and
 240 D. Zeppenfeld, (Argonne National Laboratory, 1993). Detailed
 241 references may be found therein. Users wishing to cite an appropriate
 242 source may cite the above report.
 243
 244
 245