[論文レビュー] Charge and Color Breaking Constraints in the Minimal Supersymmetric Standard Model

Nikita Blinov, David E. Morrissey|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、最小超対称標準模型（MSSM）における電荷および色荷の破れ（CCB）のエネルギー極小点に起因する真空の亜安定性制約を、ストップ項のセクターに焦点を当てて調査する。CosmoTransitionsを用いた数値的バウンス計算により、真空の亜安定性が、以前の予想よりも強くMSSMのパラメータ、特にストップ混合項とスフィーミオン質量に制約を課すことが示され、測定されたヒッグス粒子質量126 GeVと整合するパrameter領域が除外されることを明らかにする。

ABSTRACT

The scalar potential of the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) admits the existence of vacua with non-vanishing expectation values of electrically and color charged fields. If such minima are deep enough, the physical electroweak vacuum is rendered unstable by quantum tunneling. By comparing the lifetime of the electroweak vacuum with the age of the universe, the MSSM parameter space can be constrained. Furthermore, the appearance of charge and color breaking minima associated with the stop sector is strongly correlated with the Higgs mass, which has been recently measured at the Large Hadron Collider. We carry out a metastability analysis in the stop sector of the MSSM, improving upon previous results. We exclude parts of the parameter space allowed by the Higgs mass measurement.

研究の動機と目的

• 電弱真空の量子トンネル効果によるCCB極小点への不安定性に対するMSSMの安定性を評価すること。
• 大型ハドロン衝突型加速器（LHC）で測定されたヒッグス粒子質量（約126 GeV）を踏まえ、亜安定性制約を再評価すること。
• 実際のヒッグス質量制約を組み込んだ上で、従来の三重項ストップ結合に関する数値的境界を改善すること。
• ストップセクターにおいて、ヒッグス質量測定値のみに比べて、亜安定性がより強い制約をもたらすかどうかを特定すること。
• 独立したコードと一貫性チェックを用いて、バウンス計算の数値的手法の妥当性を検証すること。

提案手法

• FeynHiggsを用いて二ループ補正を含む1ループMSSMヒッグス質量式により$ m_h $を計算する。
• Callan-Coleman法を用いて、ユークリッド的バウンス作用量$ B $を計算し、崩壊率は$ \Gamma/V = C \exp(-B/\hbar) $で与える。
• CosmoTransitionsコードを用いて、ストップセクターにおける多スカラー場ポテンシャルのバウンス作用量を数値的に計算する。
• 真空寿命が13.8 Gyr以上に相当する$ B/\hbar \geq 400 $という亜安定性条件を課す。
• $ \tan\beta = 10 $、$ m_A = 1 \, \text{TeV} $、$ \mu = 250 \, \text{GeV} $を固定し、他のスフェルミオン質量を2 TeVに設定し、$ A_f = 0 $とする。
• バウンス結果の妥当性を確認するため、第二の数値的コードを用いた独立したチェックを実施し、手法の信頼性を確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ストップセクターにおける電荷および色荷の破れ極小点は、MSSMにおける電弱真空の亜安定性にどのように影響するか？
• RQ2 測定されたヒッグス粒子質量（約126 GeV）と真空の亜安定性を組み合わせた場合、パラメータ空間への制約はどの程度強いか？
• RQ3 従来用いられていた三重項結合に関する経験的境界（例：$ A_t^2 + 3\mu^2 < 7.5(m_{Q_3}^2 + m_{u_3}^2) $）は、更新されたヒッグス質量制約のもとでも有効であるか？
• RQ4 大きなストップ混合とスフィーミオン質量は、CCB極小点の存在と深さにどのように影響するか？
• RQ5 バウンス作用量の数値的計算は、解析的近似に比べてより厳しい制約を提供できるか？

主な発見

• CCB極小点に起因する亜安定性制約は、従来の推定を上回って強く、測定されたヒッグス質量と整合するパラメータ領域の多くが除外される。
• 研究では、参考文献[10]の経験的境界（$ A_t^2 + 3\mu^2 < 7.5(m_{Q_3}^2 + m_{u_3}^2) $）は不十分であることが判明し、真の亜安定性制約を過小評価している。
• $ \tan\beta = 10 $、$ m_A = 1 \, \text{TeV} $、$ \mu = 250 \, \text{GeV} $の条件下で、大きなストップ混合と小さなスフィーミオン質量を持つモデルは$ B/\hbar < 400 $により除外され、不安定性が示唆される。
• $ m_h \in (123, 127) \, \text{GeV} $で$ m_{Q_3}^2 = m_{u_3}^2 \gtrsim 1.5 \, \text{TeV}^2 $であるモデルは、絶対的に安定で実現可能である一方、質量が小さく$ X_t $が大きなモデルは除外される。
• FeynHiggsによる二ループヒッグス質量補正を組み込むことで、亜安定性がMSSMパラメータに補足的かつ非自明な制約をもたらすことが明らかになった。
• 独立したコードによる数値的一致性チェックにより、バウンス計算の信頼性が確認され、亜安定性境界の妥当性が裏付けられた。