[논문 리뷰] Implications of SUSY Searches at the LHC for the ILC

S. Heinemeyer|arXiv (Cornell University)|2012. 02. 09.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 53인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 1 fb⁻¹의 양성자 충돌 데이터와 전자약력 정밀도, B-물리, 어둠성 물질 밀도, XENON100 제약 조건을 바탕으로 CMSSM 및 NUHM1 초대칭 모델의 글로벌 피팅을 업데이트한다. LHC 결과, 특히 125 GeV에서 초대칭 입자 관측 실패와 함께 힉스 보손이 관측된 점으로 인해, 예상 초대칭 질량 스케일이 크게 높아졌고, 이는 피팅의 적합도를 떨어뜨리며 ILC(1000)와 같은 미래의 전자-positron 충돌기에서의 CMSSM 및 NUHM1의 타당성을 도전적으로 만든다.

ABSTRACT

Global frequentist fits to the CMSSM and NUHM1 using the MasterCode framework are updated to include the public results of searches for supersymmetric signals using \sim 1/fb of LHC data recorded by ATLAS and CMS and \sim 0.3/fb of data recorded by LHCb. We also include the constraints imposed by the electroweak precision and B-physics observables, the cosmological dark matter density and the XENON100 search for spin-independent dark matter scattering. Finally we also investigate the impact of a possible Higgs signal around 125 GeV. The various constraints set new bounds on the parameter space of the CMSSM and the NUHM1. We discuss the impact of the new results from SUSY and Higgs searches for these bounds and analyze the impact for a future liner e^+e^- collider.

연구 동기 및 목표

• LHC 초대칭 및 힉스 탐색 결과가 CMSSM 및 NUHM1 초대칭 모델의 타당성에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 전자약력 정밀도, B-물리, 어둠성 물질 밀도 및 XENON100 제약 조건이 이러한 모델의 매개변수 공간에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 향후 선형 전자-positron 충돌기인 ILC(1000)의 물리 잠재력에 이러한 업데이트된 제약 조건이 미치는 영향을 규명하기 위해.
• LHC 데이터로 인해 초대칭 질량 스케일의 이동과 그로 인한 피팅 품질 악화 정도를 정량화하기 위해.
• 저에너지 관측치((g-2)μ 등)와 LHC 배제 영역 사이의 긴장이 비일관성 초대칭 모델이나 비최소 초대칭 모델의 재검토가 필요함을 시사하는지 탐색하기 위해.

제안 방법

• 실험적 및 이론적 제약 조건에 대한 글로벌 최빈자 승법 χ² 피팅을 수행하기 위해 MasterCode 프레임워크를 사용한다.
• 표준모형 관측치, 초대칭 탐색 한계, 힉스 질량, BR(Bs→μμ), 어둠성 물질 제약 조건을 조합한 글로벌 χ² 함수를 구성한다.
• 통계적 안정성을 향상시키기 위해 표준모형 매개변수(Δαhad, mt, MZ)를 실험적 불확도를 고려해 피팅 매개변수로 간주한다.
• 허용 영역을 결정하기 위해 Δχ² = 2.23(68%) 및 5.99(95%)를 사용해 신뢰수준 등고선을 적용한다.
• ATLAS, CMS, LHCb(1 fb⁻¹)의 LHC 데이터, XENON100의 스핀-독립 어둠성 물질 한계, 125 GeV 힉스 신호를 통합한다.
• 최적 피팅 점과 주요 생성 임계값의 가능도 함수를 도출하기 위해 m₀, m₁/₂, A₀, tanβ에 대한 스캔을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 최신 LHC 초대칭 탐색(1 fb⁻¹)과 125 GeV 힉스 신호가 CMSSM 및 NUHM1의 매개변수 공간에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 이러한 제약 조건이 경량 중성미온 및 카이린의 예상 질량 스케일에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 LHC 및 힉스 데이터를 포함했을 때, 피팅의 적합도(χ²/d.o.f.)와 피팅 확률은 사전 LHC 결과와 비교해 어떻게 변화하는가?
• RQ4 현재의 제약 조건이 ILC(1000)에서의 CMSSM 및 NUHM1의 타당성에 어느 정도 도전하는가?
• RQ5 비일관성 초대칭 모델이나 비최소 초대칭 모델이 저에너지 관측치와 LHC 배제 영역을 조율하기 위해 필요하다는 징후가 있는가?

주요 결과

• CMSSM에서 최적 피팅 점은 LHC 이전의 m₁/₂ ≈ 360 GeV에서 125 GeV 힉스 신호 및 LHC 초대칭 데이터를 포함한 후 1800 GeV로 이동하였다.
• NUHM1에서는 동일한 조건에서 최적 피팅 m₁/₂가 340 GeV에서 830 GeV으로 증가하여, 예상 초대칭 스케일이 상당히 상승함을 나타낸다.
• CMSSM에서 피팅 확률은 LHC 이전의 37%에서 LHC 및 힉스 신호를 포함한 후 13%로 감소하였고, NUHM1에서는 29%에서 13%로 감소하여 데이터와의 긴장이 증가함을 시사한다.
• CMSSM에서 χ²/d.o.f.는 LHC 이전의 21.5/20에서 힉스를 포함한 후 30.6/23으로 증가하였고, NUHM1에서는 20.8/18에서 29.7/22로 증가하여 피팅 적합도가 악화됨을 반영한다.
• 전자-positron 충돌에서의 쌍 생성 임계값은 더 높은 에너지로 이동하였다: μ̃Rμ̃R 임계값의 χ² 가능도는 양 모델에서 모두 500 GeV 이상에서 피크를 이룬다. χ±₁χ∓₁ 임계값은 약 1700 GeV에서 선호된다.
• 첫 번째 및 두 번째 세대 쿼크 쌍 생성 임계값은 양 모델에서 모두 2.5 TeV를 초과하여, 현재 데이터로 인해 이러한 상태는 매우 불리한 것으로 나타났다.