[論文レビュー] Supersymmetry after the Higgs discovery and its LHC phenomenology

Sho Iwamoto|arXiv (Cornell University)|May 3, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 129被引用数 3

ひとこと要約

本学位論文は、ゲージメディエイト超対称性（GMSB）にベクトル代数的物質（V-MSSM）を導入したV-GMSBモデルを提唱し、126 GeVのヒッグスボソン質量とミュオンの異常磁気モーメント（g−2）の不一致を両立させる。(10+10) SU(5)十重項のベクトル代数的クォークおよびレプトンを導入することで、ループ補正によってヒッグス質量が上昇し、軽いストップクォーク（O(1–2 TeV)）が可能となり、妥当なCMSSMおよびGMSBのシナリオが復活する。主な結果は、126 GeVのヒッグスと2σレベルのミュオンg−2不一致を同時に実現でき、ベクトル代数的クォークの質量はMV ≲1.2 TeVに制限されることである。

ABSTRACT

Under the minimal SUSY standard model (MSSM), the discrepancy in the muon g-2 suggests the SUSY particles are of order 100 GeV, which is also supported by discussions on the little hierarchy problem. However, the LHC experiments have found no scalar-quarks or gluinos in such mass range, and moreover, the Higgs boson mass of 126 GeV requires, within the MSSM framework, the scalar-top mass of order 1-10 TeV. This current status forces us to abandon the simplest supersymmetry-breaking frameworks of the CMSSM and the GMSB scenarios. The V-MSSM is investigated in this dissertation, which is proposed as an extension of the MSSM with a (10 + 10bar) pair of the SU(5) decuplets. In the framework the Higgs mass is increased by effect from the extra matters, and thus the 126 GeV is achieved with the scalar-top having a lighter mass. This fact resurrects the CMSSM and the GMSB scenarios. This dissertation examines the GMSB scenario under the V-MSSM; it is called V-GMSB scenario. It is shown that the V-GMSB has a potential to realize the 126 GeV mass of the Higgs boson with holding the explanation of the muon magnetic moment discrepancy, if the masses of the extra quarks are approximately less than 1.2 TeV. Constraints on the V-GMSB from the LHC experiments are discussed then; it is concluded that the gluino mass must be approximately heavier than 1.1 TeV, and that the extra quarks be heavier than 300-650 GeV depending on the decay branches of them. LHC prospects are briefly discussed. As the extra quarks are expected to be approximately less than 1.2 TeV, searches for the particles are of great interest at the 14 TeV LHC; constraints from the supersymmetry search, especially on the gluino mass, are expected to be much improved there. Therefore, it is expected that the fate of the V-GMSB is adjudicated at the court of the 14 TeV LHC.

研究の動機と目的

• 超対称性モデル内で126 GeVのヒッグスボソン質量とミュオンの異常磁気モーメント（g−2）の不一致の間の矛盾を解消すること。
• 高いヒッグス質量と超対称性の信号不足のため、以前に除外されていたCMSSMおよびGMSBのシナリオを復活させること。
• ヒッグス質量とミュオンg−2不一致の両方を、微調整を必要とせず説明できる、ベクトル代数的物質を含む妥当なGMSBフレームワークを構築すること。
• LHCの超対称性探索と真空安定性の境界を用いて、ベクトル代数的クォークおよびレプトンの質量スケールを制限すること。
• ヒッグスの発見後に超対称性のための現象論的に妥当な道筋を提示し、SU(5)のグランドユニフィケーションと整合すること。

提案手法

• SU(5)のベクトル代数的物質多重項の(10+10)対を導入することで、MSSMのV-MSSM拡張を提唱する。
• ベクトル代数的クォークおよびレプトンからの放射修正を計算し、木レベルのヒッグス質量を126 GeVに高める。
• ベクトル代数的セクターを含むゲージメディエイト超対称性破れ（GMSB）を適用し、フレーバーおよびCP問題の自由を保つ。
• 真空安定性解析を実施し、特にベクトル代数的質量スケールMVのパラメータ空間を制限する。
• モンテカルロシミュレーションとLHC探索制限（例：ATLASのb-tagging、チャリノ/ニュートラリノ対生成）を用いて、現象論的妥当性を検証する。
• ミュオンg−2、ヒッグス質量、LHC探索の制限を統合し、パラメータ空間内の妥当な領域を同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非常に重いストップを必要とせずに、GMSBモデルで126 GeVのヒッグスボソン質量を達成できるか？
• RQ2 126 GeVのヒッグス質量制約を満たすGMSBフレームワーク内で、ミュオンg−2不一致を説明できるか？
• RQ3 LHCにおけるV-GMSBモデルにおけるベクトル代数的クォークおよびレプトンの現象論的シグネチャは何か？
• RQ4 ベクトル代数的物質の導入が、拡張されたGMSBモデルにおける真空安定性に与える影響は何か？
• RQ5 現在のLHCデータおよび理論的制限と整合するベクトル代数的クォーク質量スケールMVの上限は何か？

主な発見

• V-GMSBモデルは、ストップ質量が1–2 TeVの範囲に収まる中で、126 GeVのヒッグスボソン質量を実現し、CMSSMおよびGMSBシナリオとの矛盾を解消した。
• ミュオンg−2不一致は、V-GMSBフレームワーク内で2σレベルで説明可能であるが、1σレベルの説明はLHCの超対称性探索によって除外される。
• ベクトル代数的クォークおよびレプトンの質量スケールMVは1.2 TeV未満に制限され、最も軽いベクトル代数的クォークt′1は1.1 TeV未満であると示唆される。
• モデルは、14 TeVのLHCで100 fb−1の統計量を持つ運用において、質量が1.1 TeV未満のベクトル代数的クォークを発見可能な感度を持つと予測する。
• V-GMSBモデルは、ヒッグス質量、ミュオンg−2、LHC制限を両立させつつ、GMSBの理論的利点を保持する、妥当な道筋を提供する。
• 真空安定性の境界はさらにパラメータ空間を制限し、MVの中程度の値を好む傾向があり、電弱真空の長期的安定性を保証する。