[論文レビュー] Analysis of the R-symmetric supersymmetric models including quantum corrections

Wojciech Kotlarski|arXiv (Cornell University)|Nov 21, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本学位論文は、電弱精度観測量および強い相互作用のダイナミクスに注目し、最小限のR対称性をもつ超対称標準模型（MRSSM）の包括的な量子解析を提示する。Wボソンおよびヒッグスボソンの質量について、完全な1ループおよび主要な2ループ計算を実施し、実験データと整合するベンチマークポイントを同定した。さらに、13 TeVのLHCデータと同一符号のレプトン探索を用いて、スグルーオン対生成の最初のLHC排出限界を導出し、統合した光度3.2 fb⁻¹の条件下で競争力のある感度を達成した。

ABSTRACT

We study the Minimal R-symmetric Supersymmetric Standard Model (MRSSM) at the quantum level. The thesis consists of two parts. First one treats about the electroweak sector of the model. Among others, it identifies the parameter region allowed by the electroweak precision observables. Since the MRSSM contains an $SU(2)_L$-triplet with a non-zero vacuum expectation value the emphasis is put on the calculation of the $W$ boson mass. To that end, a full one-loop calculation of $m_W$ augmented with the leading two-loop SM result is presented. The region is then checked against the measurement of the Higgs boson mass. For this, the full one-loop and leading two-loop corrections to the Higgs boson mass in the MRSSM are calculated. Devised benchmark points, consistent with both of these observables, are shown to fulfill also a number of additional experimental constraints like properties of the Higgs boson(s), $b$-physics observables and vacuum stability. Correlating all of these observables allows to put bounds on the parameters of the model. Second part of the thesis treats about the strongly interacting scalar sector. First, NLO QCD corrections to the production of scalar gluon (sgluon) pair at the LHC are calculated. A set of $K$-factors for a selected sgluon masses at 13 and 14 TeV LHC is presented. This calculation is applied to constrain the sgluon mass using 2015 data set from Run 2 of the LHC. To that end, a same-sign lepton search by ATLAS is recasted for the case of the production of the sgluon pair decaying to $t\bar{t}$ pairs. The analysis is reproduced with the help of shower Monte Carlo softwares and the program performing a fast detector response simulation. The analysis shows that already using 3.2/fb of integrated luminosity the exclusion limits from Run 2 are competitive with the 8 TeV ones.

研究の動機と目的

• MRSSMを、1ループおよび主要な2ループ補正を含めた量子レベルで解析すること。
• 特に測定済みのWボソンおよびヒッグスボソン質量に整合するMRSSMのパラメータ領域を同定すること。
• スグルーオン対生成がトップクォークに崩壊する過程の同一符号レプトン探索を再解釈することにより、LHCラン2のデータを用いてスグルーオン質量に制約を加えること。
• シャワーMCおよび高速検出器シミュレーションを用いて分析フレームワークを検証し、スグルーオン信号抽出に用いる前に信頼性を確保すること。
• 13 TeV LHCデータを用いて、3.2 fb⁻¹の統合光度の下でスグルーオン質量に対する最初の直接的限界を確立すること。

提案手法

• MRSSMにおけるWボソン質量の完全な1ループ計算を実施し、主要な2ループ標準模型補正を含めた。
• MRSSMにおけるヒッグスボソン質量の完全な1ループおよび主要な2ループ補正を計算した。ただし、最も軽いヒッグス状態がSMに類似していると仮定した。
• LHCにおけるスグルーオン対生成のNLO QCD補正における赤外発散および衝突発散を処理するために、2カット相空間スライシング法を適用した。
• 実際の寄与と仮想寄与の間の発散を分離・キャンセルするために、ゼロ運動量減算方式を用いた。
• シャワーMCおよび高速検出器シミュレーションを用いてATLASの同一符号レプトン探索を再現し、バックグラウンドモデルの妥当性を検証した。
• 検証された分析フレームワークを用いて、スグルーオン対生成がトップクォーク対に崩壊する過程に適用し、3.2 fb⁻¹の13 TeVデータから排出限界を導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 完全な1ループおよび主要な2ループ量子補正を含めた後、測定済みのWボソン質量と整合するMRSSMのパラメータ領域はどのようになるか？
• RQ2 MRSSMにおけるヒッグスボソン質量の完全な1ループおよび主要な2ループ補正は、観測されたヒッグスボソン質量との整合性にどのように影響を与えるか？
• RQ3 13 TeV LHCデータと同一符号レプトン探索戦略を用いることで、MRSSMにおけるスグルーオン対生成断面積を制約できるか？
• RQ4 分析フレームワークは、ATLASのバックグラウンド選別をどの程度正確に再現できるか？これにより、スグルーオン信号抽出に用いることの妥当性が裏付けられるか？
• RQ5 13 TeV LHCデータを用いて、3.2 fb⁻¹の統合光度の下でスグルーオン質量に対する最初の直接的排出限界は何か？

主な発見

• 完全な1ループ計算に加え、主要な2ループ標準模型寄与を含めた結果、測定済みのWボソン質量と整合するMRSSMのパラメータ領域が同定された。
• Wボソンおよびヒッグスボソン質量の両方の制約を満たすベンチマークポイントは、ヒッグス性質、b物理学の観測量、および真空安定性といった追加の実験的制約とも整合することが確認された。
• 赤外発散および衝突発散を完全に取り扱った2カット相空間スライシング法を用いて、スグルーオン対生成のNLO QCD補正が計算された。
• 分析フレームワークは、ATLASのバックグラウンド選別を合理的な一致で再現したため、信号抽出に用いることの妥当性が裏付けられた。
• 3.2 fb⁻¹の13 TeV LHCデータを用いて、本研究はスグルーオン質量に対する最初の直接的排出限界を導出した。その結果、ラン2の限界は8 TeVデータからのものと同等の感度を示した。
• 3.2 fb⁻¹の13 TeVデータからの排出限界は、8 TeVランのものと同等の感度を示し、高エネルギー中心系質量での同一符号レプトン探索の感度の高さを示した。