[論文レビュー] Testing the MSSM with the Mass of the W Boson

S. Heinemeyer, W. Hollik+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 29, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、最小超対称標準模型（MSSM）におけるWボソン質量（MW）の最も高精度な理論的予測を提示しており、複素位相依存性を含む完全な1ループ補正、すべての利用可能な2ループMSSM補正、および完全な標準模型結果を統合している。この研究では、第3世代スクォーク系における位相がMWに20 MeVを超えるシフトを引き起こすことが明らかになった。これは、スフェルミオン質量が低く、|μ|が大きい場合に顕著であり、現在の実験的MWおよびmt測定値を踏まえると、MSSMが標準模型（SM）よりもわずかに優位である傾向が示された。

ABSTRACT

We review the currently most accurate evaluation of the W boson mass, M_W, in the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM). It consists of a full one-loop calculation, including the complex phase dependence, all available MSSM two-loop corrections as well as the full Standard Model result. We analyse the impact of the phases in the scalar quark sector on M_W and compare the prediction for M_W based on all known higher-order contributions with the experimental results.

研究の動機と目的

• MSSMにおけるWボソン質量（MW）の最も正確な理論的予測を提供すること。これは、すべての既知の高次量子補正を含む。
• 特にφAt + φμおよびφAb + φμというスカラクォーク系における複素位相がMSSM内でのMWに与える影響を調査すること。
• すべての既知の高次補正を組み込んだMSSMのMW予測を、現在の実験データと比較し、モデルの妥当性を検証すること。
• スフェルミオン質量、|μ|、tanβなどのSUSYパラメータの変動に伴うMWの感度、特に位相依存効果との関係を評価すること。

提案手法

• スカラクォーク系における複素位相依存性を含むMSSMにおけるΔrの完全な1ループ計算を実施。標準模型の結果を基準として用いる。
• 利用可能なすべての2ループMSSM補正をΔrに組み込み、MW予測における理論的精度を高める。
• FeynHiggs2.2プログラムを用いて、MSSMの制約と整合するようにヒッグス系のパラメータ（μおよびtanβ）を決定する。
• M~f、|μ|、tanβ、および三重項結合を含む広範なMSSMパラメータ空間における数値スキャンを実施。LEPのヒッグスおよびSUSY質量限界を適用する。
• δMW = - (MW_ref / 2) * (sw² / (cw² - sw²)) * Δr^SUSY の式によりδMWを計算。ここでΔr^SUSYは1ループSUSY寄与である。
• MWが複素位相および主要なSUSYパラメータにどのように依存するかを可視化するため、等高線図およびパラメータスキャンを生成する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 第3世代スカラクォーク系における複素位相は、MSSMにおけるWボソン質量の予測値にどのように影響を与えるか？
• RQ2 現実的なMSSMパラメータ選択のもとで、位相に起因するMWの最大シフトはどの程度達成可能か？
• RQ3 2ループ補正および複素位相を含めることで、従来の近似と比較してMSSMにおけるMW予測はどのように変化するか？
• RQ4 現在の実験的MWおよびmt測定値を考慮した場合、完全な理論的不確実性を含めて、MSSMが標準模型（SM）を上回る優位性を示すか？
• RQ5 位相依存効果は、特にスフェルミオン混合と|μ|に関連して、MSSMの許容可能なパラメータ空間にどのような制約を課えるか？

主な発見

• スカラクォーク系における複素位相（特にφAt + φμおよびφAb + φμ）は、スフェルミオン質量が低い（M~f = 500 GeV）および|μ|が大きい（900 GeV）状況では、MWに20 MeVを超えるシフトを引き起こす可能性がある。
• tanβが大きい場合（例：tanβ = 30）、位相依存シフトは0.5 MeV未満にまで抑制され、|μ|が大きくても同様である。
• tanβ = 5およびM~f = 500 GeVの条件下では、MWにおける最大の位相依存シフトは約20 MeVに達し、これはスカラクォーク系におけるCP違反位相に大きな感受性があることを示している。
• すべての既知の高次補正を含むMSSMのMW予測は、現在の実験データ（MW = 80.392 ± 0.029 GeV、mt = 171.4 ± 2.1 GeV）と比較した場合、SMに対してわずかに優位である。
• SMとMSSMのMW予測の重複領域は比較的小さいが、特にスフェルミオン混合が強い場合（例：m~t2/m~t1 > 2.5）、MSSMはより大きなMW値を許容する領域を有する。
• 本研究では、X~tおよびX~bの位相（AtおよびAbを介して）が1ループ階層でΔrに寄与しないことが確認されたが、それらの位相がμの位相と組み合わさることで、質量および混合角の変化を通じてMWに影響を与えることが判明した。