[논문 리뷰] B -> K* mu+ mu- optimised observables in the MSSM

F. Mahmoudi, S. Neshatpour외 1명|arXiv (Cornell University)|2014. 01. 09.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 28인용 수 31

한 줄 요약

이 논문은 최소 초대칭 표준모형(MSSM)에서 LHCb의 최적화된 $B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$ 관측량이 미치는 영향을 분석하며, MSSM이 여전히 데이터와 전반적으로 일치하지만, 제약 조건이 제약 조건 $b\to s\gamma$와 동일한 수준에 이르게 되었다고 보여준다. 연구는 SM과의 $P_5'$에 대해 2σ의 불일치를 드러내며, MSSM 해법은 데이터와 조화를 이룰 수 있도록 경량의 카린오 또는 스토프를 필요로 한다.

ABSTRACT

We provide a detailed analysis of the impact of the newly measured optimised observables in the B -> K* mu+ mu- decay by the LHCb experiment. The analysis is performed in the MSSM, both in the context of the usual constrained scenarios, and in the context of a more general set-up where the SUSY partner masses are independent. We show that the global agreement of the MSSM solutions with the data is still very good. Nevertheless, especially in the constrained scenarios, the limits from B -> K* mu+ mu- are now very strong, and are at the same level as the well-known b -> s gamma constraints. We describe the implications of the B -> K* mu+ mu- measurements both on the Wilson coefficients and on the SUSY parameters.

연구 동기 및 목표

• 최근 측정된 최적화된 관측량이 $B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$에서 MSSM 파라미터 공간에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 전통적인 플레이버 관측량인 $b\to s\gamma$와 $B_s\to\mu^+\mu^-$와 비교하여 $B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$에서의 제약 조건을 평가하기 위해.
• LHCb 데이터를 바탕으로 제약 조건이 있는 MSSM 시나리오(CMSSM, NUHM)와 더 일반적인 pMSSM 프레임워크의 타당성을 탐색하기 위해.
• $P_5'$의 관측된 불일치를 해결할 수 있는 초대칭 파라미터 영역, 특히 $[1,6]$ GeV 영역을 규명하기 위해.
• 윌슨 계수 제약 조건을 $M_{\tilde{t}_1}$, $M_A$, $\tan\beta$와 같은 MSSM 파라미터에 대한 제약 조건으로 변환하기 위해.

제안 방법

• LHCb의 최적화된 관측량 $P_i^{(\prime)}$를 포함하여 $b\to s\ell\ell$ 및 $b\to s\gamma$ 데이터를 바탕으로 윌슨 계수에 대한 전반적인 피팅을 수행한다.
• 효과적 장 이론을 사용하여 NP 기여를 윌슨 계수 $\delta\mathcal{C}_i$와 연결하며, $\mathcal{H}_{\text{eff}}^\text{sl}$에는 $\mathcal{O}_7, \mathcal{O}_9, \mathcal{O}_{10}, \mathcal{O}_8, Q_1, Q_2$ 포함.
• $B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$ 붕괴에서 형상 인자 불확실성을 최소화하기 위해 최적화된 관측량 $\{P_i^{(\prime)}\}$ 세트를 적용한다.
• 전자약 스케일에서 효과 이론에 매칭하여 MSSM 예측을 윌슨 계수로 계산하며, 주요 파라미터로 $\tilde{t}_1$, $\tilde{\chi}_1^{\pm}$, $M_A$, $\tan\beta$ 사용.
• MSSM 예측을 실험 데이터와 비교하기 위한 통계 분석을 수행하며, $[1,6]$ GeV 영역의 $P_5'$에 집중한다.
• 2D 색상 플롯을 사용하여 파라미터 공간 의존성을 시각화하며, $M_{\tilde{t}_1}$–$M_{\tilde{\chi}_1^{\pm}}$, $M_{\tilde{t}_1}$–$M_A$, $M_A$–$\tan\beta$ 평면에서 $\langle P_5' \rangle_{[1,6]}$를 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 MSSM은 LHCb의 최적화된 $B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$ 관측량, 특히 $P_5'$ 불일치를 수용할 수 있는가?
• RQ2 제약 조건이 있는 MSSM 시나리오에서 $B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$의 제약 조건은 $b\to s\gamma$의 제약 조건과 비교해 강도가 어느 정도인가?
• RQ3 특히 $M_{\tilde{t}_1}$, $M_{\tilde{\chi}_1^{\pm}}$, $M_A$, $\tan\beta$를 중심으로 $P_5'$ 불일치를 해결할 수 있는 MSSM 파라미터 공간의 선호 영역은 무엇인가?
• RQ4 제약 조건이 있는 시나리오(CMSSM, NUHM)와 더 일반적인 pMSSM 프레임워크 간의 제약 조건은 어떻게 다를까?
• RQ5 MSSM 내에서 윌슨 계수 간의 상관관계가 $b\to s\ell\ell$ 데이터와의 전반적인 호환성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• MSSM은 여전히 $B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$ 데이터와 전반적으로 호환되며, 제약 조건이 제약 조건 $b\to s\gamma$와 동일한 수준에 이르게 되었다.
• CMSSM에서는 플레이버 물리학의 영향으로 $\tan\beta$에 관계없이 페시터 색소 히긴스 질량이 약 1 TeV 이상이어야 한다.
• 제약 조건이 있는 시나리오에서 $B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$ 제약 조건을 충족시키기 위해 가장 가벼운 스토프 질량이 약 500 GeV 이상이어야 한다.
• pMSSM에서는 제약 조건이 더 약하며, 동시에 경량의 $M_A$와 $M_{\tilde{t}_1}$이거나, 큰 $\tan\beta$를 가진 경량의 $M_A$를 가진 시나리오만 배제된다.
• $P_5'$ 관측량은 SM 예측($-0.34 \pm 0.10$)과 실험 결과($0.21 \pm 0.21 \pm 0.03$) 사이에 2σ의 불일치를 보이며, 이는 경량의 카린오 또는 스토프를 가진 MSSM 모델에서 감소된다.
• $[1,6]$ GeV 영역에서 $P_5'$의 강도는 $M_{\tilde{t}_1}$과 $M_{\tilde{\chi}_1^{\pm}}$에 가장 민감하며, $M_A$ 또는 $\tan\beta$와 같은 다른 파라미터에 대해 최소한의 의존성을 보인다.