[論文レビュー] The NUHM2 after LHC Run 1

O. L. Buchmueller, R. Cavanaugh+12 more|arXiv (Cornell University)|Aug 18, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 96被引用数 22

ひとこと要約

本稿では、LHCラン1データを用いたNUHM2超対称モデルの頻度主義的グローバルフィットを提示する。Higgs粒子の質量測定、欠落エネルギー探索、レアなB中間子崩壊、電弱精度観測量、直接的ダークマター検出限界を含む。Higgsセクターにおけるパラメータ自由度の増加にもかかわらず、異常なミュオン磁気モーメントとLHC制約との間に生じる緊張は顕著に緩和されず、最小のχ²/dofは32.5/21にとどまる。

ABSTRACT

We make a frequentist analysis of the parameter space of the NUHM2, in which the soft supersymmetry (SUSY)-breaking contributions to the masses of the two Higgs multiplets, $m^2_{H_{u,d}}$, vary independently from the universal soft SUSY-breaking contributions $m^2_0$ to the masses of squarks and sleptons. Our analysis uses the MultiNest sampling algorithm with over $4 imes 10^8$ points to sample the NUHM2 parameter space. It includes the ATLAS and CMS Higgs mass measurements as well as their searches for supersymmetric jets + MET signals using the full LHC Run~1 data, the measurements of $B_s o μ^+ μ^-$ by LHCb and CMS together with other B-physics observables, electroweak precision observables and the XENON100 and LUX searches for spin-independent dark matter scattering. We find that the preferred regions of the NUHM2 parameter space have negative SUSY-breaking scalar masses squared for squarks and sleptons, $m_0^2 < 0$, as well as $m^2_{H_u} < m^2_{H_d} < 0$. The tension present in the CMSSM and NUHM1 between the supersymmetric interpretation of $g_μ- 2$ and the absence to date of SUSY at the LHC is not significantly alleviated in the NUHM2. We find that the minimum $χ^2 = 32.5$ with 21 degrees of freedom (dof) in the NUHM2, to be compared with $χ^2/{ m dof} = 35.0/23$ in the CMSSM, and $χ^2/{ m dof} = 32.7/22$ in the NUHM1. We find that the one-dimensional likelihood functions for sparticle masses and other observables are similar to those found previously in the CMSSM and NUHM1.

研究の動機と目的

• LHCラン1データ、特に異常なミュオン磁気モーメントと直接的SUSY探索との間の緊張を踏まえた、NUHM2モデルの妥当性を評価すること。
• CMSSMおよびNUHM1で観測された(g-2)μとLHC制約の矛盾を緩和できるかどうかを検討すること。
• 大規模なサンプリング手法を用いて、NUHM2のパラメータ空間における包括的な統計的分析を実施すること。
• χ²/dofおよびスパーティクル質量分布の観点から、NUHM2のフィット品質を、以前のCMSSMおよびNUHM1の分析と比較すること。

提案手法

• NUHM2パラメータ空間を探索するために、4×10⁸点を超えるサンプルを用いたMultiNestサンプリングアルゴリズムを用いた頻度主義的解析を実施した。
• ATLASおよびCMSによるジェット＋/E_T、Higgs粒子質量測定、LHCbおよびCMSによるBR(Bs→μ⁺μ⁻)、B物理学観測量、電弱精度データ、XENON100およびLUXによるダークマター直接検出限界を制約条件に含めた。
• モデルはGUTスケールにおけるユニフォームなスピンゼロSUSY破れパラメータ（m₀, m₁/₂, A₀）を仮定しているが、m₀²とは異なる非ユニフォームなHiggsスピンゼロ質量（m²_Hu, m²_Hd）を許容している。
• 実験的探索結果と整合性を保つために、Delphesシミュレーションを用いて7 TeVの限界を8 TeVに外挿した。
• 実験的観測量の組み合わせを用いてχ²を計算し、すべてのフィットパラメータを考慮した自由度を採用した。
• スカラ質量が負（m₀² < 0）な領域に注目し、軽い sleptons と強化された(g-2)μ寄与を探索した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NUHM2モデルは、観測された(g-2)μの異常とLHCにおけるSUSY信号の不在との間の緊張を解消できるか？
• RQ2 NUHM2におけるHiggsスピンゼロ質量の非一様性（m²_Hu ≠ m²_Hd）は、CMSSMおよびNUHM1と比較して、LHCラン1データのフィット品質を顕著に改善するか？
• RQ3 Higgs質量、レア崩壊、直接的ダークマター検出制約を踏まえたとき、NUHM2パラメータ空間の好ましい領域はどこか？
• RQ4 NUHM2におけるスパーティクル質量の1次元尤度関数は、CMSSMおよびNUHM1と比較してどのように異なるか？
• RQ5 NUHM2におけるグローバルフィット品質（χ²/dof）は、CMSSMおよびNUHM1と比較して顕著に改善されているか？

主な発見

• 好ましいNUHM2パラメータ空間では、クォークおよびスleptonのスピンゼロ質量が負（m₀² < 0）であり、さらにm²_Hu < m²_Hd < 0であるため、Higgsセクターの質量が負である傾向が強く示唆される。
• NUHM2における最小のχ²/dofは32.5/21であり、NUHM1（32.7/22）と同等で、CMSSM（35.0/23）よりもわずかに良好であるが、顕著な改善ではない。
• Higgsセクターの非一様性が追加されたにもかかわらず、(g-2)μの異常とLHC制約との間の緊張はNUHM2でも継続しており、顕著な緩和は見られない。
• 最良フィットのグルーギノ質量は約3 TeVであり、2 TeV以上の質量領域ではχ²関数が平坦であるため、広い許容範囲が存在する。
• NUHM2ではスピン不変ダークマター散乱断面積σ^SI_pが約4×10⁻⁴⁹ cm²にわずかに好まれており、大気中ニュートリノ背景レベルに近いが、10⁻⁴⁵ cm²程度の値も依然として妥当である。
• NUHM2におけるスパーティクル質量およびその他の観測量の1次元尤度関数は、CMSSMおよびNUHM1と類似しており、モデル拡張にわたる頻度主義的解析の妥当性が裏付けられる。