[論文レビュー] Updated templates for the interpretation of LHC results on supersymmetry in the context of mSUGRA

K. Matchev, R. Remington|arXiv (Cornell University)|Feb 29, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 32被引用数 11

ひとこと要約

本稿では、LHCにおける超対称性結果の解釈のための更新済みmSUGRAテンプレートを提示する。2つのベンチマークシナリオをカバーする：tan(β)=10でA₀=0、およびtan(β)=40でA₀=−500。SoftSusy-3.2.4およびMicrOMEGAs 2.4を用い、5 GeVの解像度で(m₀, m₁/₂)平面をマップし、stau LSP、LEP2の到達範囲、および宇宙論的に好ましいダークマター（Ωₕ² ≈ 0.112）といった重要な領域を特定。また、グルーギノ、スクォーク、ヒッグスボソンの質量等高を含む。

ABSTRACT

In this short note, we describe the preparation of updated templates for the interpretation of SUSY results from the LHC in the context of mSUGRA. The standard (m_0,m_{1/2}) plane is shown for fixed mu > 0 and m_t = 173.2 GeV. Two scenarios are considered: (1) A_0 = 0 GeV and tan(beta)=10 and (2) A_0 = -500 GeV and tan(beta)=40. In each case, the universal scalar mass parameter m_0 varies in the range [40,3000] GeV, while the universal gaugino mass parameter m_{1/2} varies in the range [100,1000] GeV. We delineate notable regions in parameter space, including the region with a charged LSP (stau), the LEP2 reach, and the cosmologically preferred region with 100% neutralino dark matter. The templates also show mass contours for a few key particles (gluino, squark and Higgs boson). The mass spectrum is calculated with the SoftSusy-3.2.4 package, while the neutralino relic density is obtained with MicrOMEGAs version 2.4.

研究の動機と目的

• LHC超対称性結果の解釈のための更新済みで高解像度のmSUGRAテンプレートを提供すること。
• 従来の研究を上回るパラメータ空間のカバー範囲を拡大し、m₀ ∈ [40, 3000] GeVおよびm₁/₂ ∈ [100, 1000] GeVを含めること。
• 電荷を帯びたLSP（stau）、LEP2の除外限界、正しいリリック密度を持つ宇宙論的に好ましい領域といった重要な現象論的領域を特定・ラベル付けすること。
• 直接実験的探索との比較を容易にするために、グルーギノ、スクォーク、ヒッグスボソンの質量等高を統合すること。
• CMSのLHC超対称性ベンチマーク点の整合性を保証することで、LHC実験スキャンとの互換性を確保すること。

提案手法

• αₛ(mZ)=0.1184、αem⁻¹(mZ)=127.934、mt=173.2 GeV、mb=4.2 GeV、sign(μ)=+1を固定パラメータとして、SoftSusy-3.2.4を用いて超対称質量スケーリングを計算する。
• MicrOMEGAs 2.4を用いて中性子のリリック密度Ωₕ²を計算し、GUTスケールから電弱スケールへの反復的ランゲ・グロス・エヴォリューションにより収束を達成する。
• 詳細なパラメータ空間の特徴の可視化を可能にするために、m₀およびm₁/₂において5 GeVの細かいグリッド上にテンプレートを生成する。
• 標準的な質量等高（グルーギノ、スクォーク、ヒッグス）を含む1つのテンプレートバージョンと、115および120 GeVにおける追加のヒッグス質量等高を含む2番目のバージョンを生成する。
• 公式のCMS LHC SUSYスキャン点（+）を重ねることで、テンプレートのカバー範囲を検証し、サンプリングの完全性を評価する。
• 公開用にROOT TCanvasオブジェクトおよびCマクロとしてテンプレートを配布する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 m₀–m₁/₂平面におけるどの領域がLEP2またはLHC探索によって除外されており、それらは異なるtan(β)シナリオでどのようにマッピングされるか？
• RQ2 mSUGRAパラメータ空間のどの領域で中性子のリリック密度Ωₕ²がWMAP観測範囲（0.102–0.123）に収まるか？
• RQ3 tan(β)=10およびtan(β)=40の両方において、グルーギノ、スクォーク、ヒッグスボソンの質量等高は(m₀, m₁/₂)平面でどのように変化するか？
• RQ4 現在のLHC超対称性スキャン（例：CMS）は、mSUGRAにおいて宇宙論的に好ましい領域および共存化領域をどの程度カバーしているか？
• RQ5 特にstau LSPおよび収束しないRGE領域に近い、現在のLHCスキャンによって未だ十分にサンプリングされていないmSUGRAパラメータ空間のどの領域が残っているか？

主な発見

• Ωₕ² ≈ 0.1123 ± 0.0035の宇宙論的に好ましい領域は2か所に特定された：電荷を帯びたLSP境界に近いstau共存化領域と、大きなm₀におけるフォーカスポイント領域。
• tan(β)=10の場合、LHCスキャン（CMS）はテンプレートのm₀–m₁/₂全点をカバーしており、ベンチマーク領域の完全なサンプリングが確認された。
• tan(β)=40の場合、ダークマター好ましい領域と収束しないRGE領域との間にわずかなギャップが存在し、LHCスキャンがサンプリングしていないため、今後のスキャン拡張が求められる。
• グルーギノ質量等高は約300 GeVから約2000 GeVにわたり、m₀およびm₁/₂の両方の増加に伴い増加する。視認性を高めるために500 GeV間隔で配置されている。
• 1世代目の平均スクォーク質量は約300 GeVから約2000 GeVに変動し、グリッド全体で互いに8%以内に保たれている。
• CP対称な軽いヒッグスボソンの質量等高はtan(β)に強く依存しており、tan(β)=40の高質量領域では115–120 GeVの値を示し、現在のLHCヒッグス探索と関連している。