[論文レビュー] The CP-violating pMSSM at the Intensity Frontier

J. Berger, M. Cahill-Rowley+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 29, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 24被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、非零のCP対称性破れ位相を含むように現象論的MSSM（pMSSM）を拡張し、強度フロントアースト実験——特に電気双極子モーメント（EDM）およびレア崩壊測定——がこれらのモデルに対して示す感度を評価している。今後、EDMおよびレアK中間子崩壊実験は、高輝度LHCで発見されない可能性があるCP対称性破れMSSMのシナリオを探索できることを示しており、直接衝突型加速器実験の到達範囲を超える新しい物理を探索する上で、強度フロントアースト探索の補完的役割が浮き彫りになる。

ABSTRACT

In this Snowmass whitepaper, we describe the impact of ongoing and proposed intensity frontier experiments on the parameter space of the Minimally Supersymmetric Standard Model (MSSM). We extend a set of phenomenological MSSM (pMSSM) models to include non-zero CP-violating phases and study the sensitivity of various flavor observables in these scenarios Future electric dipole moment and rare meson decay experiments can have a strong impact on the viability of these models that is relatively independent of the detailed superpartner spectrum. In particular, we find that these experiments have the potential to probe models that are expected to escape searches at the high-luminosity LHC.

研究の動機と目的

• ゲージノ、ヒッグスノ、および三重項A項に非零のCP対称性破れ位相を含むように、現象論的MSSM（pMSSM）を拡張すること。
• 特にEDMおよびレア崩壊観測量に注目した、強度フロントアースト実験の感度を、これらのCP対称性破れシナリオに対して評価すること。
• 高輝度LHCで発見されないが、精度の高いフラバーおよびCP対称性破れ測定によって依然としてアクセス可能なモデルを同定すること。
• 直接LHC探索が感度を持たない場合に、強度フロントアースト実験がMSSMパラメータ空間をどのように補完的に探査できるかを示すこと。

提案手法

• 中性子のLSPを持つ1,000個のpMSSMモデルを生成し、それぞれに6つのCP対称性破れ位相を追加：arg(M₁), arg(M₂), arg(μ), arg(Aₜ), arg(A_b), arg(A_τ)。M₃の位相は場の再定義により0に固定。
• 各位相に対して、10⁻⁶×π/2からπ/2の範囲で対数一様分布を適用し、符号をランダムに設定することで、合計100万のモデル点を生成。
• SUSY_FLAVOR v2.02を用いて、CPおよびフラバー対称性破れ観測量を計算。EDM（中性子、電子）、レアK中間子崩壊（K→μμ、K→πνν̄）、B中間子崩壊を含む。
• [15]における積極的な実験的シナリオからの2σ限界を用いて、将来の感度を予測し、現在の限界と将来の限界を比較。
• LHCでの除外可能性に基づいてモデルを選別：300 fb⁻¹、14 TeVで95%信頼水準で除外される予想が500個、3,000 fb⁻¹でも除外されないモデルが500個。
• SOFTSUSYおよびSuSpectを用いて、衝突実験、フラバー、精度、ダークマター、理論的制約とのグローバル整合性チェックを実施。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MSSMにおけるどのCP対称性破れ位相が、観測可能なEDMおよびレア崩壊信号を生成する上で最も重要か？
• RQ2 強度フロントアースト実験は、高輝度LHCで発見されないCP対称性破れpMSSMモデルを探索できるか？
• RQ3 EDMおよびレアK中間子崩壊観測量は、CP対称性破れシナリオにおいて、互いにどのように相関し、またLHC発見可能性と関係するか？
• RQ4 将来のEDMおよびレア崩壊チャンネルにおける実験的感度は、pMSSMにおけるLHC探索の到達範囲をどの程度上回るか？
• RQ5 非最小フラバー対称性破れが、CP対称性破れモデルにおけるEDMとレア崩壊の相関に与える影響は何か？

主な発見

• 最も感度の高いEDM観測量——中性子および電子EDM——は相補的である：多くのモデルで、2つのうち片方の値が大きく、もう片方は小さい。
• レアK中間子崩壊（例：K→μμ）は、最小フラバー対称性の下で期待されるように、CKM行列要素と線形関係にある。そのずれは新しい物理を示唆する。
• EDMの値とレアK中間子崩壊の分岐比の間には顕著な相関がないため、CP対称性破れの独立したプローブとして機能する。
• 将来のEDMおよびレア崩壊実験は、300 fb⁻¹または3,000 fb⁻¹の統合放射線量でもLHC探索で除外されないCP対称性破れpMSSMモデルを探索可能である。
• ウィノまたはヒッグスノLSPを持つモデルでは、M₂（ウィノ質量パラメータ）およびμ（ヒッグスノ質量パラメータ）の位相が、CP対称性破れ観測量の主な寄与要因である。
• 将来の実験の感度予測（例：改良EDMおよびレア崩壊測定）は、数個のオーダー向上すると予想され、LHCの到達範囲を超えるMSSMパラメータ空間を顕著に制約する。