[論文レビュー] Collider limits on new physics within micrOMEGAs4.3

Daniele Barducci, G. Bélanger+6 more|arXiv (Cornell University)|Jun 13, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 59被引用数 46

ひとこと要約

本稿では、micrOMEGAs 4.3.4に統合されたフレームワークを提示しており、Lilith、HiggsSignals、HiggsBounds、SModelS などの外部ツールと連携することで、研究者がLHCからのコライダー制約（特に）を、ダークマター・モデルに迅速かつ効率的に適用できるようにしている。この手法により、ヒッグス系の制約と簡略化モデルの制約を自動的に評価でき、パラメータ空間スキャンを著しく簡素化する一方で、MSSM や Z′ シナリオを含む広範な新物理モデルと互換性を保っている。

ABSTRACT

Results from the LHC put severe constraints on models of new physics. This includes constraints on the Higgs sector from the precise measurement of the mass and couplings of the 125GeV Higgs boson, as well as limits from searches for other new particles. We present the procedure to use these constraints in micrOMEGAs by interfacing it to the external codes Lilith, HiggsSignals, HiggsBounds and SModelS. A few dedicated modules are also provided. With these new features, micrOMEGAs_4.3 provides a generic framework for evaluating dark matter observables together with collider and non-collider constraints.

研究の動機と目的

• micrOMEGAs フレームワーク内で、LHC コライダー制約を効率的かつ自動的にダークマター・モデルに適用すること。
• Run 1 のマルチチャネル LHC データと理論的ダークマター・モデルを比較する際の複雑さの増大に対処すること。
• micrOMEGAs と既存の公開制約コードとの間で汎用的で拡張可能かつ計算的に効率的なインターフェースを提供すること。
• 125 GeV ヒッグスの信号強度制約と追加のヒッグス状態を含むヒッグス系の制約、および SMS、モノジェット、Z′ などの簡略化モデルの制約を、1つのワークフローで統合すること。
• 手動による介入なしに、ダークマター観測量と最新のコライダー制約を組み合わせて大規模なパラメータ空間スキャンを容易にすること。

提案手法

• Lilith、HiggsSignals、HiggsBounds、SModelS といった外部公開コードを、自動インターフェースを介して micrOMEGAs 4.3.4 に統合する。
• スペクトルと粒子質量入力に SLHA 形式を使用し、CalcHEP やスペクトル計算ツールとのシームレスな結合を実現する。
• LEP 制約と新しい Z′ ボソンの LHC 制約のための自作ルーチンを実装し、ATLAS/CMS の探索結果を専用のパーサーで処理する。
• コンパイル時に自動的に HiggsSignals と HiggsBounds をダウンロード・保存するため、再現性と使いやすさを確保する。
• HiggsBounds による追加の中性および電荷を帯びたヒッグス状態に対するモデルに依存しない制約を適用し、Lilith と HiggsSignals による 125 GeV ヒッグスの信号強度制約も適用する。
• SModelS を用いて簡略化モデルスペクトル（SMS）制約を評価し、標準模型に類似したヒッグス状態を特定し、R 値とトポロジー一致による除外を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複数のチャネルと最終状態にわたる LHC データによって、どのようにしてダークマター・モデルを効率的に制約できるか？
• RQ2 SModelS や HiggsSignals などの既存の公開コライダー制約ツールが、micrOMEGAs のようなダークマター シミュレーション フレームワークに、どのようにして効果的かつ自動的に統合できるか？
• RQ3 非標準模型に類似したヒッグス系において、Lilith と HiggsSignals を用いたモデルに依存しないヒッグス信号強度制約を適用する際の、パフォーマンスと正確性のトレードオフは何か？
• RQ4 SModelS による簡略化モデルの制約（SMS）を、複雑なスパルトスペクトルと非標準の量子数を持つ一般モデルにどのように適用できるか？
• RQ5 複数のまたは非アーベル的 U(1)′ ゲージ対称性を持つモデルに適用した場合、micrOMEGAs の Z′ 特化ルーチンにどのような制限があるか？

主な発見

• Lilith、HiggsSignals、HiggsBounds、SModelS の micrOMEGAs 4.3.4 への統合により、ダークマター・モデルに対する LHC 制約の自動的・高速的かつ再現可能な適用が可能になった。
• サンプル出力における MSSM ベンチマーク点では、125.38 GeV の標準模型に類似したヒッグス（h）はデータと整合的であり、Lilith による p 値は 0.879、HiggsSignals による自由度補正済みカイ二乗統計量は 77.14 であった。
• HiggsBounds（v4.3.1）はデータとの整合性を確認し、結果値が 1、t等地での観測比率が 0.515 であった。
• SModelS は、標準模型に類似したヒッグスを h と特定し、ATLAS-CONF-2013-047 からの最高 R 値 0.316 を示しており、トポロジー T2 では除外されていないことを示した。
• このフレームワークは LEP 制約と Z′ 制約を正常に適用でき、Z′ 間接過程およびモノジェット探索のための専用ルーチンを備えているが、モデル固有の制約がある。
• インターフェースされたツールの高速性と micrOMEGAs ワラッパーの軽量性のおかげで、このパイプラインは大規模なパラメータ空間スキャンをサポートしており、グローバル・モデルフィッティングに適している。