[論文レビュー] Testing SUSY models for the muon g-2 anomaly via Chargino-Neutralino Pair Production at the LHC

Siba Prasad Das, Monoranjan Guchait+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 26, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 48被引用数 11

ひとこと要約

この論文は、LHCにおけるチャリノ・ニュートラリノ対の電弱生成を通じて、ミュオン g-2 異常、ダークマターの残存密度、および125 GeVのヒッグスボソン質量を同時に説明する非ユニフォームゲージノ質量モデルの検証を提案している。三重レプトンおよび同符号二重レプトン最終状態を用いて、13 TeV LHCランが400–700 GeVのウィノおよび左スレプトン質量を100 fb⁻¹のデータで2σの有意水準までカバーできることが示された。

ABSTRACT

Non-universal gaugino mass models can naturally account for the dark matter relic density via the bulk annihilation process with relatively light bino LSP and right sleptons in the mass range of ~ 100 GeV, while accommodating the observed Higgs boson mass of ~ 125 GeV with TeV scale squark/gluino masses. A class of these models can also account for the observed muon g-2 anomaly via SUSY loops with wino and left sleptons in the mass range of 400 -- 700 GeV. These models can be tested at LHC via electroweak production of charged and neutral wino pair, leading to robust trilepton and same sign dilepton signals. We investigate these signals along with the standard model background for both 8 and 13 TeV LHC runs.

研究の動機と目的

• 非ユニフォームゲージノ質量モデルが、ミュオン g-2 異常、ダークマターの残存密度、および125 GeVのヒッグスボソン質量を同時に説明できるかを検証すること。
• 電弱生成によるチャリノおよびニュートラリノ対生成を通じて、これらのモデルのLHCにおける発見可能性を調査すること。
• 400–700 GeVの範囲におけるウィノおよび左スレプトン質量に対して、三重レプトンおよび同符号二重レプトン最終状態の感度を評価すること。
• 現実的な信号およびバックグラウンドのシミュレーションを用いて、8 TeVおよび13 TeV LHCランの期待される発見領域を比較すること。
• 左スレプトン質量がウィノ質量に非常に近い場合に、同符号二重レプトンチャンネルの有効性を評価すること。この場合、他のチャンネルでは失敗する可能性がある。

提案手法

• 本研究では、SU(5) GUTに基づく非ユニフォームゲージノ質量モデルを採用し、GUTスケールでの2つの独立したゲージノ質量パラメータを、シングレットおよび非シングレット超対称スカラー場のF-term VEVから導出する。
• 弱スケールスペクトルは、レンルミー・グルーピング方程式（RGEs）を用いて計算され、入力パラメータとして、ユニフォームスカラー質量 m₀ および三重項結合 A₀ を含み、125 GeVのヒッグス質量を達成する。
• チャリノおよびニュートラリノ対生成は、Drell-Yanに類似した過程をシミュレートし、その後のカスケード崩壊（χ±₁ → ℓ± ν̃ℓ → ℓ± ℓ∓ ℓ± ν̄ν）を通じて、三重レプトンおよび同符号二重レプトン最終状態が得られる。
• 主要な標準模型バックグラウンド（トップクォーク対およびDrell-Yan過程）を抑制するため、最適化された運動量カットを用いて信号イベントを抽出する。
• バックグラウンドはモンテカルロシミュレーションを用いて推定され、t̄tおよびマルチジェットイベントを抑制するためのジェットバイトが適用されるが、b-ジェットバイトがより効果的であると指摘されている。
• 統計的有意水準は、期待される信号およびバックグラウンド率を用いて評価され、発見領域は5σ、除外限界は95%信頼水準（C.L.）で定義される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SU(5) GUTにおける非ユニフォームゲージノ質量モデルは、ミュオン g-2 異常、ダークマターの残存密度、および125 GeVのヒッグスボソン質量を同時に説明できるか？
• RQ2 ウィノおよび左スレプトン質量が400–700 GeVの範囲にある場合、13 TeV LHCにおける三重レプトンおよび同符号二重レプトン最終状態でのチャリノ・ニュートラリノ対生成のLHC発見可能性はどの程度か？
• RQ3 左スレプトン質量がウィノ質量に非常に近い場合、同符号二重レプトンチャンネルの感度は三重レプトンチャンネルと比べてどの程度か？
• RQ4 8 TeVおよび13 TeV LHCデータは、ミュオン g-2 異常と整合するパラメータ空間をどの程度プローブできるか？
• RQ5 本分析から得られる予想される除外限界は、8 TeVデータを用いた既存のATLASおよびCMSの探索結果と比較して、どの程度か？

主な発見

• 8 TeV LHCランでは20 fb⁻¹のデータで、三重レプトンおよび同符号二重レプトン両チャンネルでウィノ質量を500 GeVまでプローブでき、ミュオン g-2 異常は中央値の1σ範囲内にカバーされる。
• 13 TeVで100 fb⁻¹のデータを用いる場合、同符号二重レプトンチャンネルはウィノ質量を700 GeVまでプローブでき、ミュオン g-2 異常は2σの有意水準までカバーされる。
• ベンチマーク点BP1では同符号二重レプトンチャンネルが26–66σの発見有意水準を達成し、信号イベント数は125–65。BP2では15–39σで80–40イベント。
• 13 TeVで20 fb⁻¹のデータでも、ネガティブな探索結果は、600–700 GeVまでのウィノ質量を5σ以上で除外可能である。
• 左スレプトン質量がウィノ質量に非常に近い場合でも、同符号二重レプトンチャンネルは依然として有効であり、バックグラウンド抑制が図られる。他のチャンネルとは異なり、この状況でも有効である。
• 本分析から得られる95% C.L.の除外限界は、b-ジェットバイトを用いた予備のCMS結果と整合しており、一部の領域ではより保守的である。これは、バックグラウンド抑制技術の影響を強く示している。