[論文レビュー] Probing SUSY Naturalness at the CEPC

Lei Wu|arXiv (Cornell University)|May 6, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、自然なSUSYにおけるヒッグスノ世界のシナリオを、CEPCヒッグスファクトリーで $e^+e^- \to W^+W^-$ を高精度で測定することによって検証する手法を提案している。240 GeVで0.1%の精度を達成すれば、CEPCは $\mu \lesssim 210$ GeV のヒッグスノ質量を探索可能であり、システムティックな不確かさに悩まされるLHCモノジェット探索とは対照的に、実用的な代替手段を提供する。

ABSTRACT

The discovery of a 125 GeV SM-like Higgs boson, in conjunction with the very recent null results of the LHC Run-2 searches for sparticles, has jeopardized the naturalness of the minimal supersymmetric Standard Model (MSSM) with light stops and gluino. Therefore, it is necessary to explore other possible scenarios in the minimal framework for which the theory maintains naturalness and is consistent with the current data. Among them, the higgsino world is one of the popular natural SUSY scenarios, in which $|\mu| \ll M_{gauginos} \ll M_{scalars}$. As such, searching for light dgenerate higgsinos becomes an essential task of testing naturalness in supersymmetry (SUSY). At the LHC, the direct way to probe for such a higgsino world from mono-jet (-like) events may be challenging because of the potentially large systematical uncertainties. In this work, I propose to test higgsino world through precision measurement of cross section of the process $e^+e^- o W^+W^-$ at future Higgs factories, such as Circular Electron Positron Collider (CEPC) in China. I find that the higgsino mass parameter $\mu \lesssim 210$ GeV favored by naturalness can be covered if the accuracy of the measurement of $W^+W^-$ production can reach 0.1\% at 240 GeV CEPC.

研究の動機と目的

• スパーティクルのLHCでのnull結果を踏まえた自然なSUSYの検証の挑戦に応えること。
• ストップ-グルーギノパラダイムを超えた、実現可能な自然なSUSYのシナリオを探索すること。
• 将来のヒッグスファクトリーにおける高精度測定を、直接的なLHC探索の補完的プローブとして提案すること。
• CEPCにおける $e^+e^- \to W^+W^-$ 戦術断面積測定を通じて、ヒッグスノ世界のシナリオを検証可能であることを示すこと。
• 現実的な実験的精度のもとで、CEPCがヒッグスノ質量パラメータ $\mu$ に対してどの程度の感度を持つのかを定量すること。

提案手法

• 研究は、240 GeVの中心系エネルギーで動作するCEPC加速器における $e^+e^- \to W^+W^-$ プロセスに焦点を当てる。
• MSSMの文脈において、ヒッグスノ質量パラメータ $\mu$ が $W^+W^-$ 生成断面積に与える感度を評価する。
• 理論的枠組みとして、$|\mu| \ll M_{\text{gauginos}} \ll M_{\text{scalars}}$ であることを仮定し、ヒッグスノ世界の特徴を反映する。
• CEPCの高いライブネスと低いシステムティック不確かさを活かし、$W^+W^-$ 断面積の高精度測定によって $\mu$ を制約する手法に依存する。
• 軽量ヒッグスノを有するMSSMにおける $W^+W^-$ 断面積の理論的予測を用い、必要な測定精度を決定する。
• 主な方程式は、$\mu$ の関数としての $W^+W^-$ 断面積であり、期待される実験的精度から感度を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CEPCは、自然なSUSYの文脈において、ヒッグスノ質量パラメータ $\mu$ を十分に探査できるだけの精度に達することができるか？
• RQ2 ヒッグスノ世界において、CEPCにおける $W^+W^-$ 生成断面積は $\mu$ にどのように依存するか？
• RQ3 CEPCで $\mu \lesssim 210$ GeV を検証するためにはどの程度の測定精度が必要か？
• RQ4 $e^+e^- \to W^+W^-$ の高精度測定は、軽量ヒッグスノに対してLHCモノジェット探索の代替手段として実用的であるか？
• RQ5 CEPCは、ヒッグスノ支配のパrameter空間における自然なSUSYに対して、どの程度の感度を有するか？

主な発見

• CEPCが $W^+W^-$ 生成断面積を0.1%の精度で測定できるならば、$\mu \lesssim 210$ GeV のヒッグスノ質量パラメータを探索可能である。
• 240 GeVのCEPCで0.1%の測定精度を達成すれば、ヒッグスノ世界における自然性が支持される領域をカバーできる。
• $e^+e^- \to W^+W^-$ の高精度測定は、LHCモノジェット探索とは対照的に、補完的かつより頑健なプローブとして有効である。
• 特に $|\mu| \ll M_{\text{gauginos}} \ll M_{\text{scalars}}$ であるヒッグスノ世界において、モデル依存性が最小限に抑えられ、本手法は特に効果的である。
• 本研究は、将来的なヒッグスファクトリー（CEPCなど）が、現在のLHC探索の範囲外にある自然なSUSYを検証可能であることを示している。
• 結果から、CEPCの高精度能力が、ヒッグスノ支配領域におけるMSSMの自然性を検証する強力なツールであることが明らかになった。