[論文レビュー] Toward the Natural and Realistic NMSSM with and without R-Parity

Taoli Cheng, Jinmian Li+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 26, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、R-奇性保存型のシナリオよりもより自然で現実的であるとされる、R-奇性破れを伴う次に最小の超対称標準模型（NMSSM）を提案する。R-奇性の破れを許容することで、モデルは125 GeVのヒッグス粒子質量と崩壊断面積を、わずかな微調整（2–3.7%）で説明可能であり、軽いストップ、シングリノ、ヒッグシノを介してLHCおよびXENON100の制約を回避し、ミュオンの異常磁気モーメントを増幅する。

ABSTRACT

From the current ATLAS and CMS results on Higgs boson mass and decay rates, the NMSSM is obviously better than the MSSM. To explain the fine-tuning problems such as gauge hiearchy problem and strong CP problem in the SM, we point out that supersymmetry does not need to provide a dark matter candidate, i.e., R-parity can be violated. Thus, we consider three kinds of the NMSSM scenarios: in Scenarios I and II R-parity is conserved and the lightest neutralino relic density is respectively around and smaller than the observed value, while in Scenario III R-parity is violated. To fit all the experimental data, we consider the χ^2 analyses, and find that the Higgs boson mass and decay rates can be explained very well in these Scenarios. Considering the small χ^2 values and fine-tuning around 2-3.7% (or 1-2%), we obtain the viable parameter space with light (or relatively heavy) supersymmetric particle spectra only in Scenario III (or in Scenarios I and II). Because the singlino, Higgsinos, and light stop are relatively light in general, we can relax the LHC supersymmetry search constraints but the XENON100 experiment gives a strong constraint in Scenarios I and II. In all the viable parameter space, the anomalous magnetic moment of the muon (g_μ - 2)/2 are generically small. With R-parity violation, we can increase (g_μ - 2)/2, and avoid the contraints from the LHC supersymmetry searches and XENON100 experiment. Therefore, Scenario III with R-parity violation is more natural and realistic than Scenarios I and II.

研究の動機と目的

• 標準模型（SM）における微調整問題と強いCP問題を、R-奇性を解として要請せずに解決すること。
• NMSSMにおけるR-奇性破れが、より自然で現実的な超対称モデルをもたらすかどうかを調査すること。
• 3つのNMSSMシナリオにおいて、カイ二乗解析を用いて観測されたヒッグス粒子質量（約125 GeV）および崩壊断面積をフィットすること。
• LHCにおける超対称粒子探索およびXENON100における直接検出実験からの制約を評価すること。
• R-奇性破れシナリオにおいて、ミュオンの異常磁気モーメント（g-2)μの説明の妥当性を評価すること。

提案手法

• 3つのNMSSMシナリオ（R-奇性保存型I, IIおよびR-奇性破れ型III）において、ヒッグス粒子質量、崩壊断面積、リリック密度、(g-2)μをカイ二乗解析でフィットする。
• 重力場の反復方程式と1ループ補正を用いて、NMSSMにおけるヒッグス粒子質量および結合定数を計算する。
• ATLASおよびCMSによるヒッグス信号強度（γγ, WW, ZZ, bb, ττ）およびLHCにおけるクォーク/グルーギノ探索からの制約を適用する。
• XENON100によるスピン非依存のダークマター-核子散乱断面積に対する直接検出限界を適用する。
• 微調整の程度をΔFT測度により計算する。ΔFT測度は、電弱スケールがソフト対称性破れパラメータに対して相対的にどれほど感度が高いかを定義する。
• 超ポテンシャルにR-奇性破れ項を組み込み、ニュートリノ質量を生成するとともに、チャリノ/ニュートラリノの寄与によって(g-2)μを増幅する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 R-奇性破れを伴うNMSSMは、観測されたヒッグス粒子質量と崩壊断面積を、わずかな微調整で説明できるか？
• RQ2 LHCにおける超対称粒子探索およびXENON100における直接検出制約は、R-奇性保存型とR-奇性破れ型NMSSMの両方の有効なパラメータ空間にどのように影響を与えるか？
• RQ3 R-奇性破れは、標準模型予測を上回るミュオンの異常磁気モーメント（g-2)μを自然に増幅できるか？
• RQ4 最も有望なシナリオにおける特徴的なスパーティクルスペクトル（例：ストップ、ヒッグシノ、シングリノ）は何か？
• RQ5 R-奇性破れNMSSMは、R-奇性保存型の代替案よりもより自然で現実的であるか？

主な発見

• R-奇性破れ型のシナリオIIIでは、最小のカイ二乗値（19.67）と3.7%の微調整が達成され、軽い超対称スペクトル（例：ストップが365 GeV、ヒッグシノが約120 GeV）を示す。
• シナリオIIIでは、R-奇性保存を要請せずとも、最軽いニュートラリノが観測されたダークマターのリリック密度を満たすことができる。
• XENON100実験は、R-奇性保存型シナリオ（IおよびII）に対して強い制約を課すが、R-奇性破れにより直接検出断面積が抑制されるため、これらの制約を回避できる。
• LHCにおける超対称粒子探索は、シナリオIおよびIIでは低多重度最終状態のため緩やかに保たれるが、R-奇性破れにより制約を破らずに軽いスパーティクルを許容できる。
• R-奇性破れ項のおかげで、ミュオンの異常磁気モーメント（g-2)μはシナリオIIIで増幅され、1.893×10⁻¹⁰に達し、観測された乖離と整合的である。
• ベンチマークポイントIIIAでは、最小のカイ二乗値（19.67）と微調整（3.7%）を達成し、SMに類似したヒッグス粒子質量（126.9 GeV）とSM予測に近い信号強度を示す。