[論文レビュー] The Status of Supersymmetry after the LHC Run 1

P. Bechtle, Tilman Plehn+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 9, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 112被引用数 4

ひとこと要約

この論文はLHCラン1の結果を踏まえてスピン統一理論（SUSY）の現状をレビューし、理論的動機づけ、複数の最終状態における実験的探索、制約のグローバルフィットを評価する。直接的発見がないにもかかわらず、LHCのデータはSUSYモデル、特にCMSSMを95%信頼水準で強く制約しており、今後のラン2のデータで、TeVスケールの強い相互作用を示すSUSY状態の存在について明確な答えが得られると期待される。

ABSTRACT

Supersymmetry (SUSY) is a complete and renormalisable candidate for an extension of the Standard Model. At an energy scale not too far above the electroweak scale it would solve the hierarchy problem of the SM Higgs boson, dynamically explain electroweak symmetry breaking, and provide a dark-matter candidate. Since it doubles the Standard Model degrees of freedom, SUSY predicts a large number of additional particles, whose properties and effects on precision measurements can be explicitly predicted in a given SUSY model. In this review the motivation for SUSY is outlined, the various searches strategies for SUSY particles at the LHC are described, and the status of SUSY in global analyses after the LHC Run 1 is summarized.

研究の動機と目的

• ヒerarchy問題の解決策としてのスピン統一理論の妥当性を評価すること。
• 観測されたヒッグス粒子質量とダークマターの制約を踏まえて、LHCラン1のデータがSUSYモデルに与える影響を評価すること。
• ラン1におけるジェット＋欠損運動量、レプトン最終状態、および特異なシグネチャーを含む、SUSY粒子の直接的および間接的実験的制約を要約すること。
• 簡略化モデルとグローバルフィットがSUSYパラメータ空間をどのように制約するかを検討すること。
• 特にグルーギノと第3世代スクォークの観点から、LHCラン2におけるSUSYの発見可能性を予測すること。

提案手法

• 直接的なLHC探索、低エネルギーの精度測定、宇宙論的データ、Bファクトリーの結果を統合したグローバルフィットを用いてSUSYモデルを制約する。
• グルーギノやトップスクォークの崩壊などの主要なSUSYチャネルにおける除外および発見可能性を解釈するために、簡略化モデルフレームワークを用いる。
• ATLASおよびCMSの実験結果を、ジェット、レプトン、光子、および欠損運動量（$E^\text{miss}_\mathrm{T}$）を含む最終状態で分析する。
• CMSSMやmSUGRAなどのベンチマークモデルに対して、ラン1データからの95%信頼水準（CL）の除外限界を適用する。
• 300 fb$^{-1}$および3000 fb$^{-1}$の光度シナリオを用いて、$\tilde{g}$–$\tilde{\chi}^0_1$、$\tilde{t}_1$–$\tilde{\chi}^0_1$、$\tilde{\chi}^\pm_1$–$\chi^0_1$などの質量平面におけるラン2の発見可能性を予測する。
• 圧縮スペクトルやR対称性破れ状況などの運動論的課題がトリガーおよび選別効率を低下させることを検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCラン1の結果は、CMSSMや他の制約付きSUSYモデルをどの程度除外するか？
• RQ2 ジェット、レプトン、光子、および欠損エネルギーを含む最終状態におけるSUSY粒子の直接的探索が、MSSMのパラメータ空間をどの程度制約するか？
• RQ3 高光度シナリオ下で、特にグルーギノとトップスクォークの観点から、LHCラン2におけるSUSYの発見可能性はいかほどか？
• RQ4 ミュオンの異常磁気モーメント$(g-2)_\mu$などの間接的制約が、直接的なLHCの制限とどのように相互作用し、妥当なSUSYパラメータ空間を形作るか？
• RQ5 運動論的効果（例：圧縮スペクトル）がSUSY探索の感度を顕著に低下させる状況はどのようなものか？また、これによりモデルの除外にどのような影響を与えるか？

主な発見

• Higgs質量測定、直接的なLHCのSUSY探索、低エネルギーの精度データの組み合わせにより、CMSSMは95%信頼水準で除外されている。
• 複数の最終状態にわたり広範な探索が行われたにもかかわらず、LHCラン1では新しい物理の統計的に有意な信号は観測されなかった。
• 約125 GeVの観測されたヒッグス粒子質量は、MSSMの予測と整合しており、モデルを除外するものではない。
• 3000 fb$^{-1}$の光度下で、$\tilde{g} \to q\bar{q}\tilde{\chi}^0_1$チャネルにおけるグルーギノ対生成の発見可能性は2 TeVを超える質量まで延びる。
• 軽いスーパーパarticleとその親粒子間の質量差が小さい圧縮スペクトルは、トリガーおよび選別効率を顕著に低下させ、除外および発見可能性を弱める。
• LHCラン2の展望は明るく、MSSMおよび数TeVスケールの強い相互作用を示すSUSY状態を明確にテストできる可能性がある。