[論文レビュー] How alive is constrained SUSY really?

P. Bechtle, K. Desch+9 more|arXiv (Cornell University)|Oct 22, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 23被引用数 10

ひとこと要約

本稿では、低エネルギー、宇宙物理学的、ヒッグス粒子、LHC排出限界データを統合したグローバルなおもちゃフィットを用いて、制約付き最小超対称標準模型（CMSSM）に対する最初の頻度主義的p値計算を提示する。1,000個のおもちゃデータセットをシミュレートし、観測された$χ^2$値と期待される$χ^2$値を比較した結果、CMSSMは95%信頼水準以上で除外され、p値は$(2.5\pm 0.5)\%$であった。これは、モデルと現在の実験データとの間に顕著な矛盾があることを示している。

ABSTRACT

Abstract Constrained supersymmetric models like the CMSSM might look less attractive nowadays because of fine tuning arguments. They also might look less probable in terms of Bayesian statistics. The question how well the model under study describes the data, however, is answered by frequentist p -values. Thus, for the first time, we calculate a p -value for a supersymmetric model by performing dedicated global toy fits. We combine constraints from low-energy and astrophysical observables, Higgs boson mass and rate measurements as well as the non-observation of new physics in searches for supersymmetry at the LHC. Using the framework Fittino, we perform global fits of the CMSSM to the toy data and find that this model is excluded at the 90% confidence level.

研究の動機と目的

• これまで系統的に計算されていなかった頻度主義的p値を用いて、CMSSMが現在の実験データとどの程度整合するかを定量的に評価すること。
• 一部の観測量に良好なフィットを示す一方でLHCによる強い排出限界があるにもかかわらず、CMSSMの妥当性に曇りがかった理由を解消すること。
• 統計的に厳密なp値を計算するためのグローバルおもちゃフィッティングフレームワークを構築・適用し、超対称モデルに適用すること。
• LHCで超対称性が観測されなかったことと、更新された低エネルギー測定値を踏まえて、CMSSMが依然として妥当であるかどうかを検証すること。

提案手法

• Fittinoフレームワークを用いて、既知のパラメータを持つCMSSMモデルから生成されたデータセットをシミュレートするため、1,000回のグローバルおもちゃフィットを実行する。
• 低エネルギー観測量（例：$a_\mu$、$\mathcal{B}(B_s\to\mu\mu)$）、ヒッグス粒子の質量と崩壊率、LHC排出限界を含む統合データセットを用いる。
• 各おもちゃフィットにおける$χ^2$を計算し、最小$χ^2$値の分布を構築してp値を推定する。
• 実データからの観測$χ^2$値を、おもちゃ分布と比較して、より悪い$χ^2$値を示すおもちゃフィットの割合としてp値を計算する。
• 正確なヒッグス粒子質量の予測にFeynHiggsを用い、非ガウス的誤差および非線形パラメータ依存性を考慮する。
• プロファイル尤度法を適用し、22自由度の$χ^2$分布と比較して結果の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在の実験データの包括的セットに対して、CMSSMのp値は何か？
• RQ2 低エネルギー観測量とLHC排出限界の間の緊張が、モデルの統計的整合性にどのように影響するか？
• RQ3 標準的な$χ^2$分布の仮定が成り立たない場合に、グローバルおもちゃフィッティングアプローチが、超対称モデルの信頼性あるp値を提供できるか？
• RQ4 $a_\mu$ や $\mathcal{B}(B_s\to\mu\mu)$ といった特定の観測量が、おもちゃシミュレーションにおけるモデルの悪いフィットにどの程度寄与しているか？

主な発見

• グローバルおもちゃフィットに基づき、CMSSMは95%信頼水準以上で除外され、p値は$(2.5\pm 0.5)\%$であった。
• 実データからの観測$χ^2$値は、おもちゃフィットの97.5%よりも悪い値であり、顕著な統計的不一致を示している。
• おもちゃフィットからの最良適合$M_0$値の分布は、低質量を好みつつも、一部の高質量解は依然として可能であることを示している。
• おもちゃフィットからの$\mathcal{B}(B_s\to\mu\mu)$の予測値は、測定値より高い値に向かう長い尾部を示しており、測定値より上側のずれの余地が下側よりも大きいことを示している。
• おもちゃフィットにおける$\mu$粒子の異常磁気モーメント（$a_\mu$）の$χ^2$への寄与は、実データよりも小さいため、$a_\mu$が悪いフィットの主な要因であることが示唆されている。
• 22自由度の$χ^2$分布はフィットの良さを過大評価しており、非ガウス的誤差のため、おもちゃベースのp値推定の必要性が確認された。