[논문 리뷰] Charge and Color Breaking Constraints in the Minimal Supersymmetric Standard Model

Nikita Blinov, David E. Morrissey|arXiv (Cornell University)|2013. 09. 28.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 5인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 최소 초대칭 표준모형(MSSM)에서 전하 및 색깔 파괴(CCB) 최소값으로 인한 비정상성 조건을 정지 쿼크 섹터에 중점을 두고 조사한다. CosmoTransitions를 통한 수치적 붕괴 계산을 통해 진공의 비정상성이 이전에 생각했던 것보다 더 강력한 제약 조건을 MSSM 매개변수—특히 정지 쿼크의 혼합 및 소프트 질량—에 가한다며, 126 GeV의 측정된 힉스 보손 질량과 일치하는 매개변수 영역을 배제함을 보여준다.

ABSTRACT

The scalar potential of the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) admits the existence of vacua with non-vanishing expectation values of electrically and color charged fields. If such minima are deep enough, the physical electroweak vacuum is rendered unstable by quantum tunneling. By comparing the lifetime of the electroweak vacuum with the age of the universe, the MSSM parameter space can be constrained. Furthermore, the appearance of charge and color breaking minima associated with the stop sector is strongly correlated with the Higgs mass, which has been recently measured at the Large Hadron Collider. We carry out a metastability analysis in the stop sector of the MSSM, improving upon previous results. We exclude parts of the parameter space allowed by the Higgs mass measurement.

연구 동기 및 목표

• 전기약력 진공의 양자 터널링으로 인한 전하 및 색깔 파괴(CCB) 최소값에 대한 안정성을 평가하기 위해.
• LHC에서 측정된 힉스 보손 질량(~126 GeV)을 바탕으로 비정상성 제약 조건을 재평가하기 위해.
• 실제 힉스 질량 제약 조건을 통합하여 이전의 수치적 경계를 개선하기 위해.
• 비정상성이 정지 쿼크 섹터에서 힉스 질량 측정보다 더 강력한 제약 조건을 제공하는지 확인하기 위해.
• 독립된 코드와 일致성 검증을 통해 붕괴 계산 수치 방법의 타당성을 검증하기 위해.

제안 방법

• 두 번째 순서 보정을 포함한 one-loop MSSM 힉스 질량 공식을 사용하여 $ m_h $ 를 계산하기 위해 FeynHiggs를 활용한다.
• Callan-Coleman 방법을 적용하여 유클리드 붕괴 작용 $ B $ 를 계산하며, 붕괴율 $ \Gamma/V = C \exp(-B/\hbar) $ 를 산출한다.
• 정지 쿼크 섹터에서 다중장 스칼라 포텐셜에 대해 수치적으로 붕괴 작용을 계산하기 위해 CosmoTransitions 코드를 사용한다.
• 진공 수명이 $ \geq 13.8 \, \text{Gyr} $ 인 것과 대응하는 비정상성 조건 $ B/\hbar \geq 400 $ 을 적용한다.
• $ \tan\beta = 10 $, $ m_A = 1 \, \text{TeV} $, $ \mu = 250 \, \text{GeV} $ 를 고정하고, 나머지 스퍼미온 질량은 2 TeV로 설정하며 $ A_f = 0 $ 으로 둔다.
• 붕괴 결과의 타당성을 보장하기 위해 두 번째 수치 코드를 사용하여 독립적 검증을 수행하고 방법론적 신뢰성을 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 정지 쿼크 섹터에서의 전하 및 색깔 파괴 최소값은 MSSM에서 전기약력 진공의 비정상성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 측정된 힉스 보손 질량 ~126 GeV 와 함께 비정상성 조건을 통합했을 때 매개변수 영역은 어느 정도 제약을 받는가?
• RQ3 예를 들어 $ A_t^2 + 3\mu^2 < 7.5(m_{Q_3}^2 + m_{u_3}^2) $ 와 같은 이전의 경험적 경계가 업데이트된 힉스 질량 제약 조건 하에서 여전히 유효한가?
• RQ4 큰 정지 쿼크 혼합과 소프트 질량은 CCB 최소값의 존재와 깊이에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 수치적 붕괴 작용 계산이 분석적 근사보다 더 엄격한 제약 조건을 제공할 수 있는가?

주요 결과

• CCB 최소값으로 인한 비정상성 제약 조건은 이전에 추정된 것보다 더 강력하며, 측정된 힉스 질량과 일치하는 매개변수 영역 중 일부를 배제한다.
• 논문은 Ref. [10]에서 제시한 경험적 경계($ A_t^2 + 3\mu^2 < 7.5(m_{Q_3}^2 + m_{u_3}^2) $)가 부족하다고 발견하였으며, 이는 진정한 비정상성 제약 조건을 과소평가하고 있음을 시사한다.
• $ \tan\beta = 10 $, $ m_A = 1 \, \text{TeV} $, $ \mu = 250 \, \text{GeV} $ 일 때, 큰 정지 쿼크 혼합과 작은 소프트 질량을 가진 모델은 $ B/\hbar < 400 $ 로 인해 불안정하여 배제된다.
• 질량 $ m_h \in (123, 127) \, \text{GeV} $ 이며 $ m_{Q_3}^2 = m_{u_3}^2 \gtrsim 1.5 \, \text{TeV}^2 $ 인 모델은 절대적으로 안정하고 타당한 반면, 더 작은 질량과 큰 $ X_t $ 를 가진 모델은 배제된다.
• FeynHiggs를 통한 두 번째 순서 힉스 질량 보정을 통합함으로써 비정상성이 MSSM 매개변수에 보완적이고 비자명한 제약 조건을 제공하는 것으로 드러났다.
• 독립된 코드를 사용한 수치 일致성 검증은 붕괴 계산의 신뢰성을 확인하였으며, 이는 비정상성 제약 조건의 강건성을 뒷받침한다.