[論文レビュー] Phenomenology of General Gauge Mediation in light of a 125 GeV Higgs

Phill Grajek, Alberto Mariotti+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 4, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 85被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、125 GeVのヒッグスボソンを前提として一般ゲージ介在（GGM）の現象論的性質を調査し、RG遷移を用いてUVにおけるGGMパラメータを低エネルギーにおけるスパーティクルスペクトルにマッピングする。125 GeVのヒッグス質量はGGMパラメータ空間を強く制約し、色荷を持つスパーティクル（クォークのスーパーパartner）を重くする。GGMの仮定を緩めることで、例えばスカラー質量スケールの分割やメッセンジャー対称性の破れを許容することで、LHCで観測可能な軽いスペクトルと、ヒッグスティノやスニュートリノなど特異なNLSPを実現できる可能性が示唆される。

ABSTRACT

We explore the phenomenology of the full General Gauge Mediation parameter space in the MSSM focusing on the consequences of having a fundamental Higgs around 125 GeV. Assuming GUT-complete structure of the hidden sector, we allow for deviations from the strict definition of gauge mediated SUSY-breaking coming from mild violations of messenger-parity and from extra couplings between the Higgs multiplets and the hidden sector. Relaxing the GUT assumption, our parameter space is defined by the property of having vanishing A-terms at the messenger scale. In this extended setup we focus on the possibility of splitting the SU(3) mass parameters of GGM. In all these scenarios we investigate the possible spectra, discussing to what extent having an Higgs mass around 125 GeV is constraining the GGM parameter space and what are the possible signatures at LHC.

研究の動機と目的

• 125 GeVのヒッグスボソンの発見を踏まえた一般ゲージ介在（GGM）の全パラメータ空間を分析すること。
• 観測されたヒッグス質量が、特に色荷を持つセクターにおいてGGMにおけるスパーティクルスペクトルに与える制約を調査すること。
• 例えば、SU(3)スカラー質量の分割やメッセンジャー対称性の破れといったGGMの拡張を検討し、より軽くLHCで観測可能なスペクトルを実現できるかを調査すること。
• 125 GeVのヒッグスと整合する、実現可能な加速器シグナルおよびNLSP候補（例えばヒッグスティノ、スニュートリノ、セレクトロン）を同定すること。
• 例えばA項がゼロであるというGGMの厳密な仮定を緩和することで、125 GeVのヒッグスと整合するGGMスペクトルとの間に生じる矛盾を緩和できるかを評価すること。

提案手法

• SoftSUSYを用いたRG遷移により、UVにおけるGGMパラメータ（$M_{\text{mess}}$におけるゲージノーおよびスカラー質量）を低エネルギーにおけるスパーティクルスペクトルにマッピングする。
• 6つのパラメータで表される標準的なGGMパrameterizationを採用：ゲージノー質量には$\Lambda_{G_i}$、スカラー質量には$\Lambda_{S_i}^2$を用い、$M_{\text{mess}}$を追加のUVスケールとして導入する。
• GGMの和則を課す：メッセンジャースケールで$\text{Tr}(Ym^2) = 0$および$\text{Tr}((B-L)m^2) = 0$が成立し、ゲージ介在と整合性を保つ。
• 拡張を導入：非一様な$\Lambda_{S_i}^2$、$\Lambda_D^2$によるメッセンジャー対称性の破れ、および色荷を持つスカラー質量の分割（$\Lambda_{S_3}^2$）。
• 1ループMSSMヒッグスポテンシャル計算を用いてヒッグス質量の制約を評価し、デカップリング限界に注目する。
• フレーバーバイオールドおよび直接LHCの制約を適用し、妥当なパラメータ点を絞り込み、特異なNLSPおよび加速器シグナルを有する領域を同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 125 GeVのヒッグスボソンは、全GGMパラメータ空間におけるスパーティクルスペクトルにどのように制約を加えるか？
• RQ2 A項がゼロであるというGGMの厳密な仮定を緩めたり、スカラー質量スケールの分割（$\Lambda_{S_3}^2$）を許容することで、より軽くLHCで観測可能なスペクトルが得られるか？
• RQ3 ヒッグス質量が125 GeVに固定された状態で、GGMにおける実現可能なNLSP候補（例えばヒッグスティノ、スニュートリノ、セレクトロン）は何か？
• RQ4 メッセンジャーパリティの破れやヒッグス系への追加のカップリングが、低エネルギーにおけるスペクトルおよび加速器現象論にどのように影響を与えるか？
• RQ5 125 GeVのヒッグスと整合するGGMシナリオにおいて、特に非最小的なGGM設定において支配的なLHCシグナルは何か？

主な発見

• 最小GGMにおいて、125 GeVのヒッグス質量は、メッセンジャースケールにおける大きな$\tilde{m}_u^2$および$\tilde{m}_d^2$の必要性から、クォークのスーパーパartner（スクォーク）が非常に重くならざるを得ず、通常はLHCの探査範囲外となる。
• スカラー質量の分割がない場合、ヒッグス系はデカップリング限界にあり、最も軽いCP偶性のヒッグスが125 GeVにあり、他のヒッグスは重いが、偶然のキャンセレーションがある領域を除いてはそうである。
• SU(3)スカラー質量スケール（$\Lambda_{S_3}^2$）の分割により、色を持たないスペクトルが軽くなり、グルーギノがNLSPとなる。これにより、グルーギノ対生成によるLHC発見可能性が向上する。
• 大きな負の$\Lambda_{S_3}^2$はセレクトロンがNLSPをもたらし、大きな正の$\Lambda_{S_3}^2$はHiggsティノに似た状態を実現するCGGMに類似したシナリオを実現する。
• メッセンジャーパリティの破れ（$\Lambda_D^2$を介して）により、スニュートリノが共NLSPとなるか、ヒッグスティノがNLSPとなることがあり、不審なシグナル（例えば、ずらしのある頂点や長寿命粒子）をもたらす。
• 本研究では、ヒッグスティノやスニュートリノNLSPを有する複数の実現可能なGGMシナリオを同定した。これらは明確な加速器シグナルを示し、LHCでの実現可能性を高めるために、GGMの厳密な仮定を緩和することが不可欠であると示唆される。