[論文レビュー] Indications of the CMSSM Mass Scale from Precision Electroweak Data

John Ellis, S. Heinemeyer+2 more|ArXiv.org|Apr 21, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、更新されたトップクォーク質量およびLEPのヒッグス粒子探索限界を含む精度電弱データを用いて、CMSSM質量スケールの制約を再評価する。更新された $ m_t $ と $ M_h $ の制約のもとでも、$ m_{1/2} \sim 300\text{--}600\,\text{GeV} $ の範囲に強い傾向が残っており、これは $ (g-2)_\mu $ によって強く支持されており、安定性を示す。

ABSTRACT

We discuss the sensitivities of present-day electroweak precision data to the possible scale of supersymmetry within the constrained minimal supersymmetric extension of the Standard Model (CMSSM). Our analysis is based on M_W, sin^2 theta_eff, (g-2)_mu, BR(b -> s gamma), and the lightest MSSM Higgs boson mass, M_h. We display the impact of the recent reduction in m_t from 178.0 +- 4.3 GeV to 172.7 +- 2.9 GeV on the interpretation of the precision observables. We show the currently preferred values of the CMSSM mass scale m_{1/2} based on a global chi^2 fit, assuming that the lightest supersymmetric particle (LSP) is a neutralino, and fixing m_0 so as to obtain the cold dark matter density allowed by WMAP and other cosmological data for specific values of A_0, tan beta and mu > 0. The recent reduction in m_t reinforces previous indications for relatively light soft supersymmetry-breaking masses, offering good prospects for the LHC and the ILC, and in some cases also for the Tevatron. Finally, we discuss the sensitivity of the global chi^2 function to possible future evolution in the experimental central value of m_t and its error.

研究の動機と目的

• 更新された精度電弱データを用いて、CMSSMにおけるスピン統一対称性破れスケールの好ましいスケールを再評価すること。
• $ m_t = 172.7 \pm 2.9\,\text{GeV} $ という見直されたトップクォーク質量がCMSSMパラメータ制約に与える影響を評価すること。
• グローバル $ \chi^2 $ 分析に、$ M_h $ のLEP直接探索限界をより洗練された形で組み込むこと。
• $ m_t $ の中央値および不確実性の変化に対する好ましい $ m_{1/2} $ 範囲のロバストネスを評価すること。
• 現在のデータに基づいて、LHC、ILC、Tevatronにおける超対称粒子の発見可能性を決定すること。

提案手法

• 精度電弱観測量（$ M_W $、$ \sin^2\theta_{\text{eff}} $、$ (g-2)_\mu $、$ \text{BR}(b \to s\gamma) $、$ M_h $）に対するグローバル $ \chi^2 $ フィットを実施。
• $ m_0 $ を固定し、WMAPによる冷たい暗黒物質密度制約 $ 0.094 < \Omega_{\text{CDM}}h^2 < 0.129 $ を満たすようにし、$ \mu > 0 $、$ \tan\beta $、$ A_0 $ をパラメータとする。
• GUTスケールにおける一様なスピン統一対称性破れ質量を仮定した制約付き最小超対称標準模型（CMSSM）フレームワークを用いる。
• MSSM内でのループ誘導過程およびヒッグス粒子質量の理論的予測（放射修正を含む）を適用。
• 他の観測量を固定したまま、$ m_t $ の中央値および実験的誤差 $ \delta m_t $ の変化に対する $ \chi^2 $ 関数の感度を評価。
• 90%信頼水準における $ m_{1/2} $ の上限を計算し、$ m_t $ および $ \delta m_t $ の関数として最小 $ \chi^2 $ の変化を追跡。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 更新された $ m_t = 172.7 \pm 2.9\,\text{GeV} $ は、CMSSMにおける好ましい $ m_{1/2} $ 範囲にどのように影響を与えるか？
• RQ2 LEPによる最も軽いMSSMヒッグス粒子質量 $ M_h $ に対する制約が、グローバル $ \chi^2 $ フィットおよび好ましい $ m_{1/2} $ 値にどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ3 $ m_t $ の中央値および不確実性の変化に対して、低 $ m_{1/2} $ 値への好みがロバストであるか？
• RQ4 現在のデータから、LHC、ILC、Tevatronにおける超対称粒子の発見可能性にどのような示唆が得られるか？
• RQ5 将来的な $ m_t $ の実験的更新に対するグローバル $ \chi^2 $ 関数の感度はどの程度か？

主な発見

• 更新された $ m_t = 172.7 \pm 2.9\,\text{GeV} $ は、従来のCMSSMにおける低スピン統一対称性破れ質量の好みを強化し、$ m_{1/2} \sim 300\text{--}600\,\text{GeV} $ の範囲が支持される。
• $ m_t < 170\,\text{GeV} $ の場合、最小 $ \chi^2 $ 値は顕著に増加するが、$ m_t $ が $ 170\text{--}180\,\text{GeV} $ の範囲にある間はほとんど変化しない。
• $ m_t \gtrsim 170\,\text{GeV} $ の範囲では、$ m_{1/2} $ の90%信頼水準上限が10%未満で変化するため、$ m_t $ の不確実性に対してロバストであることが示される。
• 低 $ m_{1/2} $ 値への好みは主に $ (g-2)_\mu $ によって駆動されており、$ M_W $ および $ \sin^2\theta_{\text{eff}} $ の追加的支援もある。
• 好ましい $ m_{1/2} $ 範囲は、グルーギノおよび他のスパートクルがLHCおよびILCで発見可能であるほど軽い質量に相当する。
• Tevatronにおける $ M_W $ および $ m_t $ の将来的な測定は、CMSSMパrameter空間のさらなる制約に特に重要であると予想される。