[論文レビュー] A lower limit on the neutralino mass in the MSSM with non-universal gaugino masses

G. Bélanger, F. Boudjema+2 more|ArXiv.org|Dec 16, 2002

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、LEP直接探索、ミュオンの異常磁気モーメント（g-2）μ、およびダークマターの残存密度の制約を組み合わせることで、非一様なゲージノ質量をもつMSSMにおける中性ノー粒子質量の下限を確立する。M₁ ≪ M₂の場合、中性ノー粒子質量は12–18 GeVに下限づけられ、顕在的でないヒッグス崩壊幅が顕著に大きくなることが可能であり、特にμ < 0および大きなtanβ領域では（g-2）μの制約が強く作用する。

ABSTRACT

We discuss constraints on SUSY models with non-unified gaugino masses. We concentrate on the slepton/gaugino sector and obtain a lower limit on the neutralino mass combining direct limits, indirect limits as well as relic density measurements.

研究の動機と目的

• 非一様なゲージノ質量をもつMSSMにおける中性ノー粒子質量のモデルに依存しない下限を特定すること。
• チャージノおよび sleptons のLEP直接限界、残存密度、（g-2）μ、および b→sγ が中性ノー粒子質量の制約に与える影響を評価すること。
• μ < 0および大きなtanβ領域が、特に（g-2）μ制約を通じて下限に与える影響を調査すること。
• 相関のある（M0）と相関のない（LR）スlepton質量をもつモデルとの間で、中性ノー粒子質量の限界に与える影響を比較すること。
• 顕在的でないヒッグス分支比が顕著に大きい状況において、軽い中性ノー粒子LSPがどのように成立するかを評価すること。

提案手法

• 本研究では、M₁、M₂、μ、tanβ、およびm₀（または mẽL、 mẽR）のパラメータースキャンを、M0（スlepton質量が一様）およびLR（非一様スlepton質量）の2つのモデルで実施した。
• ゲージノおよびスlepton質量をGUTスケールから弱スケールへと、統合的エネルギーの下での微分方程式（RGE）を用いて発展させた。
• LEP直接探索の制約を適用：チャージノ質量 > 103.5 GeV（縮退したスニュートリノがある場合は低め）、選電子質量 > 99.5 GeV、およびe⁺e⁻ → γ + 隠れた状態のような放射過程。
• 残存密度制約は、Ωh² < 0.125を満たすことで適用され、中性ノー粒子の消失過程におけるスフェルミオン交換の寄与を評価した。
• （g-2）μ制約は、測定されたずれδaμ = -(21–3)×10⁻¹⁰を用い、チャージノおよび中性ノー粒子のループからの寄与を計算することで適用した。
• b→sγの分支比は、2.04×10⁻⁴ < Br(b→sγ) < 4.42×10⁻⁴の範囲に保たれ、実験データと整合することを保証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在の実験的制約のもとで、非一様なゲージノ質量をもつMSSMにおける中性ノー粒子質量の最小許容値は何か？
• RQ2 （g-2）μおよび残存密度制約が、特にμ < 0および大きなtanβ領域において、中性ノー粒子質量の下限にどのように作用するか？
• RQ3 非一様なスlepton質量（LRモデル）を仮定する場合と、一様なスlepton質量（M0モデル）を仮定する場合とを比較すると、中性ノー粒子質量の限界にどのような違いが生じるか？
• RQ4 チャージノおよびスleptonのLEP直接限界、および放射過程による隠れた状態の生成が、軽い中性ノー粒子のパラメータ空間にどの程度制約を加えるか？
• RQ5 非一様なMSSMフレームワークにおいて、顕在的でないヒッグス分支比が顕著に大きい状況で、軽い中性ノー粒子LSPが成立可能か？

主な発見

• M₁ ≪ M₂の場合、主に残存密度と（g-2）μの制約の組み合わせにより、中性ノー粒子質量に12–18 GeVの下限が設定された。
• μ > 0および軽いスleptonの場合は、r₁₂ < 0.2のとき下限は18 GeVであり、r₁₂が増加すると上昇し、最終的にはチャージノ質量の制約が支配的になる。
• μ < 0の場合は、（g-2）μ制約が軽い中性ノー粒子のパラメータ空間を強く抑制し、r₁₂ ≈ 0.1–0.4のとき下限は27 GeVに上昇する。
• 大きなtanβ領域では、（g-2）μ制約が特に厳しくなり、軽い中性ノー粒子がますます不適切になる。
• LRモデルでは、非一様な選電子質量を許容することで（g-2）μ制約が緩和され、M0モデルにこの制約を適用しない場合と同様の結果が得られた。
• 最小の中性ノー粒子質量27 GeVは、r₁₂ < 0.2および|μ| ≈ 100 GeVで発生し、重いスleptonの場合はtanβの変化に対して相対的に感度が低い。