[論文レビュー] pMSSM Benchmark Models for Snowmass 2013

M. Cahill-Rowley, JoAnne L. Hewett+3 more|arXiv (Cornell University)|May 10, 2013

Social Acceptance of Renewable Energy参考文献 4被引用数 11

ひとこと要約

この論文は、2013年スノーマス・コミュニティ向けに、観測されたヒッグス粒子質量（125 GeV）と正しい暗黒物質の残存密度を予測し、現在のLHC制約を回避する19の現象論的MSSM（pMSSM）ベンチマークモデルを提示している。これらのモデルは、ビノ・ストップ共殲滅、純粋ヒッグジノ、Aポータル共殞滅といった多様な暗黒物質生成メカニズムをカバーしており、中性子および重力レプトンLSPのシナリオを含み、1次元のコライダーおよび天体物理学的スキャンに適したパラメータ空間における「スパイク」（ spokes ）を伴う。

ABSTRACT

We present several benchmark points in the phenomenological Minimal Supersymmetric Standard Model (pMSSM). We select these models as experimentally well-motivated examples of the MSSM which predict the observed Higgs mass and dark matter relic density while evading the current LHC searches. We also use benchmarks to generate spokes in parameter space by scaling the mass parameters in a manner which keeps the Higgs mass and relic density approximately constant.

研究の動機と目的

• 観測されたヒッグス粒子質量（125 GeV）とWMAPによる暗黒物質の残存密度を再現する、実現可能なpMSSMモデルを同定すること。
• LHC探索、精密電弱データ、フラバー観測量、および宇宙論的制約を含む、すべての現在の実験的制約と整合するモデルを選択すること。
• ヒッグス質量と残存密度が概ね一定のまま保たれるpMSSMパラメータ空間における「スパイク」（1次元スキャンに適した直線）を構築すること。
• 将来のコライダーおよび暗黒物質探査研究のための包括的かつ公開可能なベンチマークセットを提供すること。また、1・2世代のスフェルミオンが簡約化された「プライムモデル」を含むこと。
• 重力レプトンLSPを有する「スーパーウィルム」シナリオを検討し、コライダーでの発見可能性が直接検出実験よりも高いことを明らかにすること。

提案手法

• 定義された範囲内で線形および対数スケールの事前分布を用いて、19（重力レプトン質量を含めると20）のパラメータをランダムにスキャンすることで、大規模なpMSSMモデル集合を生成した。
• SOFTSUSY 3.1.7を用いた理論的整合性チェックを実施し、SuSpect 2.41による相互検証によりスペクトルの信頼性を確保した。
• SUSY-HIT 1.3を用いて崩壊表を計算し、$(g-2)_\mu$、$b\to s\gamma$、$B_{s}\to\mu\mu$、$Z\to$非可視、$\Delta\rho$、およびLEP/LHCの制約を統合した。
• PYTHIA 6.4.26およびPGS 4を用いてコライダーの署名をシミュレートし、電弱過程にはNLO K要因（1.25）、色荷を持つ超対称粒子にはProspino 2.1を適用した。2012年の21件のATLAS超対称探索結果と照合して妥当性を検証した。
• 質量パラメータをスケーリングすることで、ヒッグス質量と残存密度が一定のまま保たれる「スパイク」を定義し、主要な現象論的方向における1次元スキャンを可能にした。
• モデルとスパイクを http://www.slac.stanford.edu/~aismail/snowmass/index.html で公開した。スノーマス2013以降に、1・2世代のスフェルミオンが簡約化された「プライム」バージョンも含む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在のLHC制約を回避し、観測されたヒッグス粒子質量（125 GeV）と正しい暗黒物質の残存密度を同時に予測するpMSSMモデルはどれか？
• RQ2 pMSSMパラメータ空間における1次元スキャンに適した「スパイク」（直線）をどのように構築すれば、ヒッグス質量とLSPの残存密度が概ね一定に保たれるか？
• RQ3 実現可能なpMSSMモデルにおける主要な暗黒物質共殞滅メカニズムは何か？また、それらはコライダーおよび天体物理学的シグネチャにどのように影響を与えるか？
• RQ4 中性子LSPモデルと重力レプトンLSPモデルの現象論的シグネチャにはどのような相違があり、特にコライダーでの検出可能性と直接検出実験における検出可能性の観点からどう異なるか？
• RQ5 非熱的重力レプトン生成およびスネウトニウムNLSPの導入が、pMSSMにおける「スーパーウィルム」シナリオの実現可能性にどの程度影響を与えるか？

主な発見

• 中性子LSPを有するpMSSMモデルの66%（重力レプトンLSPを有するモデルでは53%）が、すべてのLHCおよび精密制約を満たしており、広大な実現可能なパラメータ空間があることが示された。
• モデル401479（約800 GeVでのビノ・ストップ共殞滅）は、$\tilde{B}$–$\tilde{t}$共殞滅により正しい残存密度を達成し、$\langle \sigma v \rangle = 4.3 \times 10^{-30}$ cm³/sの断面積を示し、主に$\tau^+\tau^-$最終状態で支配されている。
• モデル1046838（1 TeVにおける純粋ヒッグジノ）の残存密度は$1.0 \times 10^{-26}$ cm³/sであり、主に$W^+W^-$および$ZZ$最終状態に共殞滅している。
• モデル2387564（1 TeVにおけるAポータル共殞滅）は、$3.8 \times 10^{-27}$ cm³/sの共殞滅断面積を示し、72%が$b\bar{b}$に分岐しており、スクォークは1.4 TeVに位置している。
• モデル2750334（150 GeVにおけるウェルテンパードビノ・ヒッグジノLSP）は、$1.9 \times 10^{-26}$ cm³/sの断面積を示し、最も軽い sleptons は750 GeVにあり、スクォークは1.3 TeV以上に位置している。
• 重力レプトンLSPベンチマーク（モデル374345）は、580 GeVのスネウトニウムNLSPと400 GeVの重力レプトンを有し、非熱的生成により実現可能であり、ヒッグス粒子は123.5 GeVの質量を示している。