[論文レビュー] Persistent Fine-Tuning in Supersymmetry and the NMSSM

Philip Schuster, Natalia Toro|ArXiv.org|Dec 15, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 22

ひとこと要約

この論文は、次に最小限の超対称標準模型（NMSSM）における微調整の問題を調査し、重いストップが引き起こす微調整を軽減する可能性を持つ修正されたヒッグス系の存在を示しているが、同時にモデル依存の新たな微調整が生じることを明らかにした。研究では、電弱対称性の破れとヒッグスの見えない性質の両方が、ソフト質量およびA項において1–10%の微調整を必要としており、112 GeV未満にヒッグスを隠す可能性を秘めるものの、NMSSMは依然として根強い微調整問題を抱えていることが判明した。

ABSTRACT

We examine the use of modified Higgs sectors to address the little hierarchy problem of supersymmetry. Such models reduce weak-scale fine-tuning by allowing lighter stops, but they retain some fine-tuning independent of the Higgs. The modified Higgs sector can also introduce model-dependent tunings. We consider the model-independent constraints on naturalness from squark, gluino, chargino and neutralino searches, as well as the model-dependent tuning in the PQ- and R-symmetric limits of the NMSSM, where cascade decays or additional quartic interactions can hide a Higgs without relying on heavy stops. Obtaining viable electroweak symmetry breaking requires a tuning of $\sim 1-10%$ in the PQ limit. A large A-term is also necessary to make charginos sufficiently heavy, and this introduces an additional weak-scale tuning of $\sim 10%$. The R-symmetric limit requires large marginal couplings, a large singlet soft mass, and a tuning of $\sim 5-10%$ to break electroweak symmetry. Hiding MSSM-like Higgs states below $\approx 112$ GeV requires additional tunings of A-terms at the $\sim 1-10%$ level. Thus, although the NMSSM has rich discovery potential, it suffers from a unique fine-tuning problem of its own.

研究の動機と目的

• 重いストップからの微調整を軽減することで、NMSSMが超対称性の小さな階層問題を解決するかを分析すること。
• NMSSMにおけるモデルに依存しないおよびモデルに依存する微調整の源を、特にPQ対称およびR対称限界において調査すること。
• LEPのチャリノやニュートラリノ、ヒッグス崩壊に関する制約を満たしつつ、MSSMに類似たヒッグスを112 GeV未満に隠すために必要な微調整の程度を特定すること。
• NMSSMの豊かな臨界的性質が、新たな避けられない微調整の代償を伴うかどうかを評価すること。
• NMSSMの微調整をMSSMと比較し、微調整のシフトが意味のある改善であるかどうかを評価すること。

提案手法

• 弱いスケールでの微調整を定量化するために、LEPおよびTevatronによる squark、グルイノ、チャリノ、ニュートラリノに関する制約を分析する。
• PQ対称限界におけるNMSSMを評価し、擬スカラーボソンが段階的崩壊を可能にすることで、軽いヒッグスを約110 GeV未満に隠すことを可能にする。
• R対称限界を検討し、ヒッグスを隠し、電弱対称性を自然に破るために、大きな結合定数およびソフト質量を必要とする。
• 実現可能な電弱対称性の破れを達成するため、ソフト質量（m_Hu², m_S²）およびA項において1–10%の微調整を定量化する。
• MSSMに類似たヒッグスが112 GeV未満にある場合に、ヒッグス探索の制約を回避するためのA項の微調整の影響を検討する。
• NMSSMにおける微調整をMSSMと比較し、NMSSMが微調整を排除するのではなく、それをヒッグス系およびヒッグスノ項質量に再配置していることを強調する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NMSSMは、より軽いストップを許容することで、重いストップに起因する微調整を軽減し、小さな階層問題を解決するのか？
• RQ2 PQ対称およびR対称限界において、NMSSMのソフト質量およびA項にどの程度の微調整が必要か？
• RQ3 LEPのヒッグスおよびチャリノ/ニュートラリノの制約を回避しつつ、MSSMに類似たヒッグスを約112 GeV未満に隠すためにどの程度の微調整が必要か？
• RQ4 MSSMと比較して、NMSSMの修正されたヒッグス系は新たな微調整の源を生じさせないのか？
• RQ5 NMSSMのヒッグス系およびスペクトルにおける微調整は、MSSMのZボソン質量における微調整よりも深刻ではないのか？

主な発見

• PQ対称限界では、正しいZボソン質量を達成するために、上型およびシングレットのソフト質量において1–10%の微調整が必要となる。
• ヒッグスノ項質量をLEPの制約を超えるために、Aλ項を約300–350に大きくする必要があり、弱いスケールスペクトルに追加で10%の微調整をもたらす。
• R対称限界では、電弱対称性を破るためにソフト質量および結合定数において5–10%の微調整が必要であり、ランダウ極を避けるために大きなλおよびκ > 0.6が必要となる。
• MSSMに類似たヒッグスを約112 GeV未満に隠すには、b̄b崩壊分岐比を抑制しLEPの除外を回避するために、A項において1–10%の微調整が必要となる。
• PQ限界でさえも、大きなAλおよび小さなソフト質量を必要とすることで、MSSMと同等またはそれ以上の微調整が生じる。
• NMSSMは微調整を排除しない。代わりに、ヒッグス系およびヒッグスノ項質量に微調整を再配置し、持続的な微調整問題を引き起こす。