[論文レビュー] Sensitivities to the SUSY Scale from Electroweak Precision Observables

John Ellis, S. Heinemeyer+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 16, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 16

ひとこと要約

本稿は、制約付き最小超対称性標準模型（CMSSM）における電弱精度観測量を用いて、超対称性（SUSY）スケールへの間接的感度を調査する。WMAPのダークマター制約を組み込んだカイ二乗（χ²）解析により、将来の国際線形衝突型加速器（ILC）の測定が、LHC や ILC の直接探査範囲を超えてSUSYの間接的検出を可能にし、m₁/₂ ≈ 300 GeV において95%信頼水準で±10%の制約を達成するなど、m₁/₂ への感度を著しく向上させることを示している。

ABSTRACT

Precision measurements, now and at a future linear electron-positron collider (ILC), can provide indirect information about the possible scale of supersymmetry. Performing a chi^2 analysis, we illustrate the present-day and possible future ILC sensitivities within the constrained minimal supersymmetric extension of the Standard Model (CMSSM), varying the parameters so as to obtain the cold dark matter density allowed by WMAP and other cosmological data. The current data are in very good agreement with the CMSSM prediction for tan beta = 10, with a clear preference for relatively small values of the universal gaugino mass, m_{1/2} \sim 300 GeV. In this case, there would be good prospects for observing supersymmetry directly at both the LHC and the ILC, and some chance already at the Tevatron collider. For tan beta = 50, the quality of the fit is worse, and somewhat larger m_{1/2} values are favoured. With the prospective ILC accuracies the sensitivity to indirect effects of supersymmetry greatly improves. This may provide indirect access to supersymmetry even at scales beyond the direct reach of the LHC or the ILC.

研究の動機と目的

• 電弱精度観測量を用いた現在および将来のSUSYスケールへの間接的感度を評価すること。
• WMAPで許容されるダークマター密度がCMSSMのパラメータ空間に与える影響を評価すること。
• 将来の国際線形衝突型加速器（ILC）測定が、普遍的ゲージノ質量 m₁/₂ および三重項項パラメータ A₀ に与える感度を予測すること。
• 間接的SUSY信号の整合性をLHCおよびILCにおける直接検出可能性と照らし合わせること。
• 将来の加速器の直接探査範囲を超えて、間接的精度データがSUSYスケールを制約できるかどうかを検討すること。

提案手法

• 主な電弱観測量（M_W, sin²θ_eff, (g-2)_μ, BR(b→sγ), M_h, および BR(h→bb)/BR(h→WW*)）に対してカイ二乗（χ²）解析を実施する。
• パラメータ m₁/₂, m₀, A₀, tanβ を有する制約付きMSSM（CMSSM）の枠組み内で解析を行い、WMAPで許容されるダークマター密度を制約として適用する。
• 現在の実験的データと将来のILCの予想される精度を用いて、(m₁/₂, A₀) 平面上での m₁/₂ および A₀ への感度を評価する。
• 高次の修正補正による理論的不確実性を推定し、ILCの感度予測に組み込む。
• 現在のデータおよび仮想的な将来のILCデータの最適フィット点を特定し、信頼水準（68%および90%）の領域を計算する。
• 間接的制約と直接検出の結果の比較により、ループレベルでのCMSSMフレームワークの妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CMSSMフレームワーク下で、現在の電弱精度測定はSUSYスケールに対してどの程度感度を有しているか？
• RQ2 将来のILC測定は、現在のデータと比較して m₁/₂ および A₀ への感度をどの程度向上させるか？
• RQ3 間接的精度データは、LHC や ILC の直接探査範囲を超えて m₁/₂ の値を制約できるか？
• RQ4 フィットの質は tanβ に依存するのか？ その結果、m₁/₂ の制約にどのような影響を与えるか？
• RQ5 m₁/₂ > 1.5 TeV の場合、直接信号が観測不能であっても、m₁/₂ への間接的制約はどの程度有効に保たれるか？

主な発見

• tanβ = 10 の場合、現在のデータでは m₁/₂ に対して68%信頼水準で約450 GeVの上界が得られ、90%信頼水準では600 GeVに上昇する。最適フィット点は m₁/₂ ≈ 300 GeV、負の A₀ である。
• tanβ = 50 の場合、フィットの質は悪化し、m₁/₂ の68%信頼水準での上界はほぼ1 TeVにまで上昇する。最適フィット点は m₁/₂ ≈ 500 GeV である。
• 将来のILCの精度により、許容される (m₁/₂, A₀) の領域は極めて小さな領域にまで縮小され、m₁/₂ ≈ 300 GeV において95%信頼水準で±10%の制約が達成可能となる。
• ILCの直接探査範囲を超える m₁/₂ 値（最大1 TeV）に対しても、ILCの精度データにより、WMAPで許容される領域内での m₁/₂ の上界を確立できる可能性がある。
• m₁/₂ > 1.5 TeV の場合、間接的効果はILCレベルの精度ですら解明できず、間接的制約の有効範囲が制限される。
• 間接的精度データと直接検出結果の比較は、CMSSMフレームワークの妥当性を厳密に検証する手段となる。乖離が生じれば、CMSSMを超える物理学の兆候である可能性がある。