[論文レビュー] A New Tool for the study of the CP-violating NMSSM

Florian Domingo|arXiv (Cornell University)|Mar 24, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 42被引用数 6

ひとこと要約

本論文では、CP対称性を破る次に最小限の超対称標準模型（NMSSM）の高精度な素粒子物理学的解析を可能にする、NMSSMToolsに統合された新しいFortranベースのツールを提示する。このツールは、スパーティクルおよびヒッグス粒子の質量と結合定数に対する1ループおよび主要な2ループ補正を計算し、ヒッグス粒子およびトップクォークの2体崩壊を含み、LHCの制約を検証するためHiggsBounds/HiggsSignalsと連携する。さらに、電気双極子モーメント（EDM）の推定値を用いてCP対称性を破る位相を制約する。これにより、NMSSMのヒッグス系におけるCP対称性の破れを包括的に探査するための強力なツールが提供される。

ABSTRACT

Supersymmetric extensions of the Standard Model open up the possibility for new types of CP-violation. We consider the case of the Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model where, beyond the phases from the soft lagrangian, CP-violation could enter the Higgs sector directly at tree-level through complex parameters in the superpotential. We develop a series of Fortran subroutines, cast within the public tool NMSSMTools and allowing for a phenomenological analysis of the CP-violating NMSSM. This new tool performs the computation of the masses and couplings of the various new physics states in this model: leading corrections to the sparticle masses are included; the precision for the Higgs masses and couplings reaches the full one-loop and leading two-loop order. The two-body Higgs and top decays are also attended. We use the public tools HiggsBounds and HiggsSignals to test the Higgs sector. Additional subroutines check the viability of the sparticle spectrum in view of LEP-limits and constrain the phases of the model via a confrontation to the experimentally measured Electric Dipole Moments. These tools will be made publicly available in the near future. In this paper, we detail the workings of our code and illustrate its use via a comparison with existing results. We also consider some consequences of CP-violation for the NMSSM Higgs sector.

研究の動機と目的

• CP対称性を破るNMSSMの素粒子物理学的研究のための公開計算ツールを開発し、既存のNMSSMToolsフレームワークを拡張すること。
• 複素パラメータを含む状況下で、スパーティクルおよびヒッグス粒子の質量と結合定数に対する完全な1ループおよび主要な2ループ補正を組み込むこと。
• 素粒子物理学的検証のため、ヒッグス粒子およびトップクォークの2体崩壊計算を実装すること。
• LHCのヒッグス粒子探索結果と照合できるように、HiggsBoundsおよびHiggsSignalsと連携すること。
• 電気双極子モーメント（EDM）測定からの制約を組み込み、モデル内のCP対称性を破る位相を制限すること。

提案手法

• 超電磁ポテンシャルおよびソフト対称性破れ項における複素パラメータを扱うため、NMSSMToolsフレームワーク内にFortranサブルーチンを開発した。
• 完全な1ループおよび主要な2ループ（二重対数）寄与を用いて、ヒッグスおよびスパーティクルスペクトルへの放射修正を計算した。
• ヒッグスおよびトップクォークの2体崩壊幅を、複素結合定数および位相依存行列要素を含めて実装した。
• LHCのヒッグス探索結果と照合できるように、公開ツールHiggsBoundsおよびHiggsSignalsと統合した。
• CP対称性を破る位相を制約するため、電気双極子モーメント（EDM）の推定値を求めるサブルーチンを追加した。
• ヒッグスポテンシャルのパラメータ展開を用いて、複数の複素位相がもたらす複雑さに対処し、完全な有効ポテンシャル再構築を回避した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CP対称性を破るNMSSMを、質量および結合定数に対する完全な1ループおよび主要な2ループ補正を用いて体系的に分析する方法は何か？
• RQ2 超電磁ポテンシャルにおける複素パラメータが、ヒッグス粒子およびスパーティクルの質量と崩壊に及ぼす素粒子物理学的影響は何か？
• RQ3 HiggsBoundsおよびHiggsSignalsからのLHCヒッグス探索制約は、CP対称性を破るNMSSMにどのように適用されるか？
• RQ4 EDM測定値は、NMSSM内のCP対称性を破る位相をどの程度まで制限するか？
• RQ5 複素位相を含んでも、真空安定性およびLEPにおけるSUSY制限を満たしつつ、モデルが安定に保たれるか？

主な発見

• 新規ツールは、完全な1ループおよび主要な2ループ補正を用いてヒッグス粒子およびスパーティクルの質量を計算し、CP対称性を破るNMSSMにおける高精度な素粒子物理学的解析を可能にする。
• ヒッグスおよびトップクォークの2体崩壊幅は、複素結合定数および位相依存行列要素の効果を含めて正確に計算されている。
• HiggsBoundsおよびHiggsSignalsとの連携により、NMSSMのヒッグス系とLHCデータの間で堅牢な比較が可能となり、モデル予測の妥当性が検証された。
• EDMの推定値は、特にヒッグスおよびスフェルミオン系においてCP対称性を破る位相を強く制約し、妥当なパラメータ空間を縮小した。
• EDM制約が満たされていれば、複素位相を含んでもモデルはLEPにおけるSUSY制限および真空安定性と整合的である。
• CP保存限界において、既存のコード（NMSSMCALCおよびSoftSUSY）の既知の結果を正確に再現でき、実装の妥当性が裏付けられた。