[論文レビュー] A first evidence of the CMSSM is appearing soon

Yasufumi Konishi, Shingo Ohta+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 9, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、125 GeVのヒッグス粒子、観測されたダークマターの残存密度、およびリチウム-7問題の解決を満たすCMSSMのパラメータ空間が、重いSUSYスペクトルを予測することから、実験的確認の直前にあると提案している。このモデルの共存領域では、ほぼ縮重なストーキャンとニュートラリノが特徴的であり、長寿命のストーキャンがリチウム-7の生成を抑制する。一方、14 TeV LHCランでは、数百〜数千もの長寿命ストーキャンに加え、重いグルーギノやスクォークが検出されると予想され、SUSYの発見が目前に迫っている。

ABSTRACT

We explore the coannihilation region of the constrained minimal supersymmetric standard model (CMSSM) being consistent with current experimental/observational results. The requirements from the experimental/observational results are the 125GeV Higgs mass and the relic abundances of both the dark matter and light elements, especially the lithium-7. We put these requirements on the caluculated values, and thus we obtain allowed region. Then we give predictions to the mass spectra of the SUSY particles, the anomalous magnetic moment of muon, branching fractions of the B-meson rare decays, the direct detection of the neutralino dark matter, and the number of SUSY particles produced in 14TeV run at the LHC experiment. Comparing these predictions with current bounds, we show the feasibility of the test for this scenario in near future experiment.

研究の動機と目的

• 125 GeVのヒッグス粒子質量、観測されたダークマターの残存密度、およびビッグバン核合成の成功を満たす、妥当なCMSSMパラメータ空間を特定すること。
• ニュートラリノLSPとほぼ縮重な長寿命ストーキャンNLSPを要求することで、リチウム-7問題を解決すること。
• 近い将来の14 TeV LHCランにおける観測可能なシグネチャ、特に長寿命ストーキャンの信号と重いスパーティクル質量を予測すること。
• 現在の直接検出、レアなB中間子崩壊、およびミュオンの異常磁気モーメントに関する実験的制約と照らし合わせて、CMSSMフレームワークを検証すること。

提案手法

• 著者らは、125 GeVのヒッグス粒子質量、ニュートラリノの残存密度、およびリチウム-7の生成量に基づいて、許容可能なCMSSMパラメータ領域を定義した。
• 長寿命ストーキャンを保証するため、ストーキャン-ニュートラリノ質量差を≤ 0.1 GeVに制限し、リチウム-7の生成量を十分に抑制するための生成率を> 10⁻¹³に設定した。
• フェファノ図に基づくストーキャン誘発核合成効果の計算を用いて、長寿命ストーキャンが軽い元素の生成量に与える影響をモデル化した。
• これらの制約下で、CMSSMパラメータ（m₀, M₁/₂, A₀, tanβ, sign(μ)）のグローバルフィットを実施し、線形なA₀–m₀関係を導出した。
• SUSY粒子の質量スペクトル、レアB中間子崩壊の分支比、直接検出断面積を予測した。
• 100 fb⁻¹の統計的精度を持つ14 TeV LHCでの長寿命ストーキャンおよび重いグルーギノ/スクォークの期待イベント数を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CMSSMは、観測された125 GeVのヒッグス粒子質量を満たしつつ、ダークマターの残存密度およびリチウム-7問題にも整合することができるか？
• RQ2 リチウム-7の生成量の不一致を解消するための、ストーキャンNLSPに必要な質量縮重と生成率の条件は何か？
• RQ3 宇宙論的およびコライダーの制約下で、CMSSMの共存領域におけるSUSY粒子の質量と生成率は予測されるか？
• RQ4 長寿命ストーキャンおよび重いグルーギノ/スクォークの予測シグネチャは、14 TeV LHCでの期待感度と比較してどうなるか？
• RQ5 ミュオンの異常磁気モーメント、レアB中間子崩壊、および直接ダークマター検出に関する現在の制約下で、CMSSMフレームワークは妥当性を保っているか？

主な発見

• 許容可能なCMSSMパラメータ空間では、A₀とm₀の間に線形関係が見られ、tanβが10から30に増加するに従い、スケールが高くなる。
• ゲージノ質量M₁/₂は、tanβ=10では750–950 GeV、tanβ=30では950–1050 GeVの範囲に制限され、質量差および残存密度の制約に依存する。
• ストーキャン質量は、tanβ=10では310–400 GeV、tanβ=30では450 GeVと予測され、現在のLHC直接探索限界を回避する。
• グルーギノおよび第1・第2世代スクォーク質量は、1.6–2.3 TeVの範囲に予測され、14 TeV LHCで検出可能である。
• 長寿命ストーキャンの期待イベント数は、軽いニュートラリノの場合は約3,900、重いニュートラリノの場合は約710（100 fb⁻¹あたり）で、明確な識別が可能である。
• ストップ質量は相対的に重く（1.2–1.5 TeV）、放射修正によってヒッグス質量に顕著な寄与を示し、100 fb⁻¹あたり約880–540件のストップ対生成イベントが期待される。