[論文レビュー] Precise calculation of the W boson pole mass beyond the Standard Model with FlexibleSUSY

Peter Athron, Markus Bach+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 11, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 19

ひとこと要約

本論文は、高スケールでの標準模型（SM）予測に一致するように保証する修正された $\overline{\text{MS}}$/$\overline{\text{DR}}$ 去重化スキームを用いて、FlexibleSUSY ソフトウェアを用いて、標準模型を越えた理論（BSM）における W ボソンの極みの質量の高精度で分離可能な計算を提示している。この研究では、MRSSM が 2022 年の CDF 測定値 $M_W = 80.4335 \pm 0.0094$ GeV を、特定の Yukawa に類似したパラメータを用いて説明できることを示しており、長年の $M_W$ 矛盾を解消している。

ABSTRACT

We present an updated calculation of the W boson pole mass in models beyond the Standard Model with FlexibleSUSY. The calculation has a decoupling behaviour and allows for a precise W pole mass prediction up to large new physics scales. We apply the calculation to several Standard Model extensions, including the MRSSM where we show that it can be compatible with large corrections to the W boson mass that would be needed to fit the recent 2022 CDF measurement.

研究の動機と目的

• BSM 理論における W ボソン極み質量の高精度で分離可能な計算を開発し、新しい物理スケールが非常に高い場合に標準模型の予測に回復することを目的とする。
• 2022 年 CDF の $M_W$ 測定値（SM 予測から 7σ 離れており）の高精度な測定に対して、BSM モデルを正確にテストできるようにすることを目的とする。
• FlexibleSUSY に厳密な 1 ロープ計算を実装し、不適切な高次の項を回避することを目的とする。
• MRSSM を用いて、パラメータースキャンとベンチマーク点を用いて、$M_W$ 異常を説明するモデルの妥当性を示すこと。

提案手法

• BSM モデルにおける適切な分離行動を保証するため、修正された $\overline{\text{MS}}$/$\overline{\text{DR}}$ 去重化スキームを採用する。
• 現在の精度電弱フィットと一貫性を持つように、参照文献 [2] の最新の $\overline{\text{MS}}$ SM 計算を SM 入力として使用する。
• 1 ロープレベルでの BSM 捕捉を厳密に計算し、物理的でない高次の効果を回避する。
• MSSM、スカラーダイソンモデル、および MRSSM にこのフレームワークを適用し、MRSSM パラメータ空間における詳細なスキャンを実施する。
• $\lambda_u$–$\Lambda_u$ および $M_{\text{SUSY}}$–$\Lambda_u$ の 2 次元パラメータスキャンを実施し、$M_W$ と $M_h$ 測定値の両方に適合する領域を同定する。
• SLHA スペクトルファイルと FlexibleSUSY の自動 1 ロープ計算を用いて、制御された不確実性で $M_W$ と $M_h$ を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MRSSM は、2022 年 CDF 測定値 $80.4335 \pm 0.0094$ GeV の $M_W$ を、新しい物理の寄与によって説明できるか？
• RQ2 MRSSM のどのパラメータ領域が、$M_W$ 測定値と観測されたヒッグス粒子質量 125.25 GeV の両方を満たすか？
• RQ3 新しい FlexibleSUSY 実装は、高スケール極限において分離性を保証し、標準模型の $M_W$ 予測を回復するか？
• RQ4 MRSSM におけるトップ-Yukawa に類似したパラメータ $\lambda_u$、$\Lambda_u$、$\lambda_d$、$\Lambda_d$ に対する $M_W$ の感度はどの程度か？
• RQ5 モデルは、他の制約に反しない範囲で、$M_W$ 異常とヒッグス質量測定値の両方を同時に満たすことができるか？

主な発見

• MRSSM は、中央値が $80.4335$ GeV の 2022 年 CDF $M_W$ 測定値を、誤差範囲内で説明可能である。
• 妥当なベンチマーク点は、$\tan\beta \approx 24.7$、$M_{\text{SUSY}} \approx 1763$ GeV、$\Lambda_u \approx -1.70$、$\lambda_u \approx -0.293$、$\Lambda_d \approx -1.59$、$\lambda_d \approx 2.18$ の周辺で得られた。
• $W$ ボソン質量は $\lambda_u$ および $\Lambda_u$ に対して強い二次的依存性を示すが、$\lambda_d$ および $\Lambda_d$ に対する依存性は無視できるほど小さい。
• $M_W$ と $M_h$ の制約を $1\sigma$ 範囲で併用すると、$M_{\text{SUSY}}$ の狭い範囲（約 1.7–1.8 TeV）が選択される。
• FlexibleSUSY 実装は分離性を保証し、BSM 粒子が重い極限において標準模型の $M_W$ 予測を回復する。
• 固定順序 1 ロープヒッグス質量計算の不確実性は、$M_{\text{SUSY}} \lesssim 1.8$ TeV の範囲で $\Delta M_h \leq 4$ GeV と推定される。