[論文レビュー] Light stop in the MSSM after LHC Run 1

G. Bélanger, Diptimoy Ghosh+2 more|NOT FOUND REPOSITORY (Indian Institute of Science Bangalore)|Jun 1, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 168被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、LHCラン1後の制約、特に126 GeVのヒッグス boson、フラーバー物理学、ダークマター直接検出、およびLHCのSUSY探索を考慮した、素性MSSM（pMSSM）における軽量のトップ squark（stop）の妥当性を調査する。質量が約500 GeV未塔のstopは依然として妥当であり、残りのパラメータ空間をテストするための補完的プローブとして、直接検出（Xenon1T）およびヒッグス関連生成が有効であることが特定された。特に、stopとLSP間の質量差が小さい場合に有効である。

ABSTRACT

The discovery of a Higgs boson with a mass of 126 GeV at the LHC when combined with the non-observation of new physics both in direct and indirect searches imposes strong constraints on supersymmetric models and in particular on the top squark sector. The experiments for direct detection of dark matter have provided with yet more constraints on the neutralino LSP mass and its interactions. After imposing limits from the Higgs, flavour and dark matter sectors, we examine the feasibility for a light stop in the context of the pMSSM, in light of current results for stop and other SUSY searches at the LHC. We only require that the neutralino dark matter explains a fraction of the cosmologically measured dark matter abundance. We find that a stop with mass below $\sim$ 500 GeV is still allowed. We further study various probes of the light stop scenario that could be performed at the LHC Run - II either through direct searches for the light and heavy stop, or SUSY searches not currently available in simplified model results. Moreover we study the characteristics of heavy Higgs for the points in the parameter space allowed by all the available constraints and illustrate the region with large cross sections to fermionic or electroweakino channels. Finally we show that nearly all scenarios with a small stop$-$LSP mass difference will be tested by Xenon1T provided the NLSP is a chargino, thus probing a region hard to access at the LHC.

研究の動機と目的

• LHCラン1の制約、特に126 GeVのヒッグス、フラーバー観測量、およびダークマター直接検出を受けて、質量が500 GeV未塔の軽量stopがpMSSMで妥当であるかを評価すること。
• 現在のLHCにおける簡略化モデル解析で十分にカバーされていない、軽量stopを探索する実験的プローブを同定すること。
• 現在の制約によって許容されるpMSSMパラメータ空間における、重いヒッグスボソンの素粒子物理学的性質を調査すること、特に電弱ノーカイノとフェルミオンへの崩壊を対象とする。
• LHC探索と直接的ダークマター検出の相乗効果を評価すること、特にstopとLSP間の質量差が小さい場合に注目する。
• NLSPがチャージノである場合に、Xenon1Tが小さなstop–NLSP質量差領域をどれほど探査できるかを評価し、特にその補完的役割を検討すること。

提案手法

• 研究では、126 GeVのヒッグスボソン質量、電弱精度観測量、フラーバー物理学（例：b→sμμ）、およびダークマターの残存密度からの制約を適用したpMSSMパラメータ空間のグローバルスキャンを実施する。
• LHCラン1の直接SUSY探索限界（stop対生成およびヒッグス関連生成を含む）を、簡略化モデル解析とフルモデル解析を用いて統合する。
• 特に非対称崩壊（例：片方のstopがtχ̃01に崩壊し、もう片方がbχ̃±1に崩壊する）および仮想W/Zボソンを含む4体崩壊を含む、stop崩壊モードの詳細なシミュレーションを実施する。
• 将来のLHCラン2探索の到達範囲を、ジェット＋欠落エネルギーのイベントおよびヒッグスまたはジェットと関連したstop生成のシミュレーションを通じて評価する。
• 重いヒッグスボソン（H, A）が電弱ノーカイノおよびフェルミオンに崩壊する branching 比を計算し、現在および将来のLHC探索での検出可能性を評価する。
• トンスケールの直接検出実験（例：Xenon1T）が、NLSPがチャージノである場合のstop–NLSP質量差領域への感度を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 126 GeVのヒッグスおよびダークマター直接検出限界を含むLHCラン1のすべての制約を受けても、質量が500 GeV未塔のstopがpMSSMで依然として妥当であるか？
• RQ2 標準の簡略化モデル探索が不十分な場合に、LSPへの質量差が小さい軽量stopを効果的に探査するためのLHCの代表的イベント性は何か？
• RQ3 現在の制約によって許容されるpMSSMパラメータ空間において、重いヒッグスボソン（H, A）が電弱ノーカイノおよびフェルミオンに崩壊するbranching比はどのように振る舞うか？
• RQ4 NLSPがチャージノである場合に、Xenon1Tが小さなstop–NLSP質量差領域をどれほど探査できるか、そしてLHC探索とどのように補完的か？
• RQ5 ヒッグスまたはジェットと関連したstop対生成が、運動的境界に近い軽量stopの発見チャンネルとして有効であるか？

主な発見

• 126 GeVのヒッグスボソン、フラーバー物理学、ダークマターの残存密度、およびLHCラン1の直接探索制約を適用した後でも、質量が約500 GeV未塔のstopはpMSSMで依然として妥当である。
• 非対称stop崩壊（例：片方がtχ̃01に、もう片方がbχ̃±1に崩壊する）は、現在の簡略化モデル探索では大きな課題をもたらし、専用のトポロジー解析が求められる。
• ヒッグスボソンと関連したstop対生成は、許容されるパラメータ空間において小さなカップリングのため抑制されており、ヒッグスタグギングが有利でも発見は困難である。
• 許容されるpMSSMパラメータ空間における重いヒッグスボソン（H, A）は、電弱ノーカイノ（特に非可視崩壊を含む）への大きなbranching比を示し、LHC探索の新たなチャンネルを提供する。
• NLSPがチャージノである場合、Xenon1TはWボソン質量未満のstop–NLSP質量差領域をほぼすべて探査可能であり、LHC探索の強力な補完的手段となる。
• 長寿命のチャージノ（特にウィノ型）の領域は、現在のLHC探索では未だ十分に制約がかけられておらず、長寿命粒子のシグナルを改善した解析によって探査可能である。