[論文レビュー] Present and possible future implications for mSUGRA of the non-discovery of SUSY at the LHC

P. Bechtle, K. Desch+6 more|arXiv (Cornell University)|May 26, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 9被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、35 pb⁻¹ から 7 fb⁻¹ の統合した光度にわたるLHCの除外限界を満たしつつ、低エネルギーの精度観測とダークマターの残存密度と整合するか、最小超対称的SU(3)ゲージ理論（mSUGRA）が維持可能かどうかを調査する。Fittinoフレームワークを用いたグローバルフィットにより、mSUGRAはLHCの制約にもかかわらず、より高いtanβ値とスパルティクル質量の増加を伴いながらも、依然として妥当であることが示された。除外は、ジェット＋欠落エネルギーチャネルにおける直接的な超対称性探索ではなく、ヒッグス粒子探索によって行われる可能性がある。

ABSTRACT

Both ATLAS and CMS have published results of SUSY searches putting limits on SUSY parameters and masses. A non-discovery of SUSY in the next two years would push these limits further. On the other hand, precision data of low energy measurements and the dark matter relic density favor a light scale of supersymmetry. Therefore we investigate if supersymmetry -- more specifically the highly constraint model mSUGRA -- does at all agree with precision data and LHC exclusions at the same time, and whether the first two years of LHC will be capable of excluding models of supersymmetry. We consider the current non observation of supersymmetry with 35 pb-1 as well as the possible non observation with 1,2 and 7 fb-1 in a global fit using the framework Fittino.

研究の動機と目的

• mSUGRAが、低エネルギーの精度観測、ダークマターの残存密度、およびLHCの除外限界を同時に満たせるかどうかを評価すること。
• LHCの光度が35 pb⁻¹ から 7 fb⁻¹ に増加することによるmSUGRAパラメータ空間への影響を評価すること。
• LHCにおける直接的な超対称性探索がmSUGRAを除外できるかどうか、あるいは除外がヒッグス粒子探索に限られるかどうかを特定すること。
• (g-2)μ、Ωχ、およびLHCの制約の間の相互作用が、tanβの高い値へと好ましい値をシフトさせる理由を調査すること。

提案手法

• Fittinoフレームワークを用いたグローバルベイジアンフィットにより、mSUGRAの予測と実験データを統合する。
• スパルティクル質量、ヒッグス粒子質量、ダークマターの残存密度の理論的予測は、SPheno、FeynHiggs、micrOMEGAs、SuperISOを用いて計算された。
• LHCの除外限界は、ATLASのインクルーシブ4ジェット＋0レプトン＋E_T^miss探索チャネルを用い、有効質量（M_eff）を識別変数としてモデル化された。
• 信号およびバックグラウンドのM_eff分布の検出器効果は、Herwig++とDelphesを用いてシミュレートされた。
• ATLAS解析からの標準模型バックグラウンド形状に20％のシステム的不確実性を適用した。
• mSUGRAパラメータ空間のサンプリングとχ²/ndfの計算に、マルコフ連鎖モンテカルロ（MCMC）手法が用いられた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 mSUGRAは、35 pb⁻¹ から 7 fb⁻¹ の統合光度におけるLHCの除外限界を満たしつつ、低エネルギーの精度観測とダークマターの残存密度と整合することができるか？
• RQ2 LHCの光度と除外限界が高くなるにつれて、mSUGRAパラメータ空間、特にスパルティクル質量とtanβにどのような影響を与えるか？
• RQ3 LHCの探索チャネルはtanβに弱く依存するにもかかわらず、なぜLHCの制約を組み込むと、最適適合tanβ値が顕著に高い値にシフトするのか？
• RQ4 LHCにおける直接的な超対称性探索がmSUGRAを除外できるのか、それとも除外はヒッグス粒子探索に限られるのか？
• RQ5 高tanβにおけるΩχと(g-2)μとの整合性を維持するために、共励起散乱とヒッグスファネル効果が果たす役割は何か？

主な発見

• mSUGRAモデルは、35 pb⁻¹ から 7 fb⁻¹ の統合光度におけるLHCの制約を含めても、妥当なχ²/ndf値を維持し、依然として有効である。
• 特にグルーギノとクォークのスパルティクルに関して、光度が高くなるにつれて、すべてのスパルティクルの許容質量範囲が顕著に広がった。これは、LHCの制約と精度観測の相互作用によるものである。
• mSUGRAにおいて、標準模型に類似したヒッグス粒子質量はm_h⁰ < 135 GeVに制限され、LHCの光度が高くなるに従っても許容質量範囲が拡大しない唯一の粒子である。
• LHCの制約により、(g-2)μとΩχとの整合性を保つために、最適適合tanβ値は17から43にまで上昇した。これは、観測量間の非自明な相互作用を示している。
• 7 fb⁻¹ の統合光度に達したとしても、LHCの最初の2年間では4ジェット＋0レプトン＋E_T^missチャネルにおける直接的な超対称性探索ではmSUGRAを除外することは不可能である。
• mSUGRAの除外は、ヒッグス粒子探索によってのみ達成可能であり、ヒッグス質量の上限が重要な制約要因のまま残っている。