[논문 리뷰] Constrained Supersymmetry after the Higgs Boson Discovery: A global analysis with Fittino

P. Bechtle, K. Desch외 10명|arXiv (Cornell University)|2013. 10. 11.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 12인용 수 26

한 줄 요약

이 논문은 Fittino 프레임워크를 사용하여 LHC 배제 한계, LHC 및 테바트론에서의 힉스 보손 질량 및 신호율 측정치, 저에너지 관측치를 포함한 제약 조건을 통합한 제약 최소 초대칭 표준모형(CMSSM)의 글로벌 피팅을 제시한다. 힉스 신호율의 포함은 피팅 품질을 향상시키지만, 타당한 매개변수 공간은 여전히 매우 제약되어 있으며, 최적 피팅은 $ M_0 = 504 $ GeV, $ M_{1/2} = 1016 $ GeV, $ A_0 = -2870 $ GeV, $ \tan\beta = 18 $, $ \chi^2/\text{ndf} = 49.6/59 $에서 이루어지며, 이는 CMSSM가 어두운 물질을 가진 표준모형과 점점 더 구별되지 않음을 시사한다.

ABSTRACT

We present preliminary results from the latest global fit analysis of the constrained minimal supersymmetric standard model (CMSSM) performed within the Fittino framework. The fit includes low-energy and astrophysical observables as well as collider constraints from the non-observation of new physics in supersymmetric searches at the LHC. Furthermore, the Higgs boson mass and signal rate measurements from both the LHC and Tevatron experiments are included via the program HiggsSignals. Although the LHC exclusion limits and the Higgs mass measurements put tight constraints on the viable parameter space, we find an acceptable fit quality once the Higgs signal rates are included.

연구 동기 및 목표

• 히iggs 보손 발견 이후 모든 가용 실험적 제약 조건을 통합한 후 CMSSM의 타당한 매개변수 공간을 규명하기 위해.
• 저에너지, 천체물리학적, 충돌기 관측치가 CMSSM 프레임워크 내에서 일관된지 평가하기 위해.
• 히iggs 신호율 측정치가 글로벌 피팅 품질과 매개변수 제약에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• LHC 배제 한계, 힉스 질량 측정치, 그리고 뮤온의 비정상 자기모멘트 사이의 갈등을 조사하기 위해.
• 업데이트된 실험 데이터와 통계 도구를 사용하여 CMSSM의 타당성을 정량적으로 평가하기 위해.

제안 방법

• Fittino 프레임워크는 약 10^8개의 스캔 포인트로 5차원 CMSSM 매개변수 공간을 샘플링하기 위해 자동 적응형 마르코프 체인 몬테카를로(MCMC) 알고리즘을 사용한다.
• SPheno-3.1.11은 초대칭 입자 스펙트럼을 계산하고, FeynHiggs-2.9.4는 힉스 질량과 결합 상수를 계산한다.
• HiggsSignals-1.0.0은 LHC 및 테바트론의 힉스 신호율 및 질량 측정치에서 기여하는 $ \chi^2 $를 평가한다.
• HiggsBounds-3.8.1은 재구성된 $ \chi^2 $ 가능도를 통해 LEP, 테바트론, LHC 힉스 탐색의 배제 한계를 통합한다.
• MicrOMEGAs-2.4.5와 DarkSUSY-5.0.5는 어둠의 물질 잔류 밀도 및 직접 탐지 제약 조건을 계산한다.
• AstroFit와 SuperIso-3.3는 $ B_s \to \mu\mu $, $ B \to \tau\nu $, 및 $ a_\mu^{\text{SUSY}} $에서의 제약 조건을 포함한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 모든 현재 실험적 제약 조건을 통합한 후 CMSSM의 타당한 매개변수 공간은 무엇인가?
• RQ2 히iggs 보손의 신호율 측정치는 CMSSM 예측과 얼마나 잘 일치하는가?
• RQ3 LHC 배제 한계와 힉스 질량 측정치가 CMSSM 매개변수 공간를 얼마나 강하게 제약하는가?
• RQ4 뮤온의 비정상 자기모멘트와 LHC 배제 한계 사이에 갈등이 있는가?
• RQ5 CMSSM는 관측된 힉스 보손 성질을 설명하면서도 어둠의 물질과 쿼크 풍미 물리학과 일관성을 유지할 수 있는가?

주요 결과

• 최적 피팅 점은 $ M_0 = 504 $ GeV, $ M_{1/2} = 1016 $ GeV, $ A_0 = -2870 $ GeV, $ \tan\beta = 18 $에서 $ \chi^2/\text{ndf} = 49.6/59 $로, 뛰어난 피팅 품질을 나타낸다.
• 관측된 힉스 보손 질량과의 더 나은 호환성 덕분에 스타우 공붕괴 영역이 포커스 포인트 영역보다 선호된다.
• 큰 음의 $ A_0 $ 값이 선호되며, 이는 스토퍼 혼합을 최대화한다. 반면 $ A_0 = 0 $은 불리하다.
• 히iggs 보손 부분 붕괴 폭은 최대 약 $ \sim 3\% $ 이내로 표준모형과 다름없이, CMSSM이 힉스 신호율을 통해 매우 어려운 탐지가 가능하다.
• 가장 가벼운 힉스 보손은 표준모형 유사이며, 관측과 일치하는 질량을 가지며, 무거운 힉스 섹터는 질량이 $ \gtrsim 1 $ TeV로 분리되어 있다.
• 일반적인 쿼크 스퀘어크 질량 척도는 $ \sim 2 $ TeV이며, $ \tilde{t}_1 $는 최소 $ \gtrsim 750 $ GeV까지 가볍다. 반면 가장 가벼운 중성미온과 스타우는 약 $ 350-600 $ GeV에서 거의 딱 맞는다.