[논문 리뷰] Muon g-2, 125 GeV Higgs and Neutralino Dark Matter in sMSSM

K. S. Babu, Ilia Gogoladze외 2명|arXiv (Cornell University)|2014. 06. 26.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 10인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 7개의 현상학적 매개변수를 가진 맛 대칭 기반 최소 초대칭 표준모형(sMSSM) 프레임워크를 제안하여 뮤온의 g-2 이상현상, 125 GeV 힉스 보존 질량, 관측된 중성차입다른 물질의 잔류 밀도를 동시에 설명한다. 첫 번째 및 두 번째 스퍼미온 세대에 대해 비균일한 소프트 질량을 允가하면서도 맛 대칭을 유지함으로써, 이 모형은 세 관측량에 대해 일관된 맞춤을 달성하며, 글루아진과 첫 번째/두 번째 세대 스쿼크 질량이 2 TeV 이하임을 예측하여 LHC에서 검증 가능하다.

ABSTRACT

We discuss the sparticle (and Higgs) spectrum in a class of flavor symmetry-based minimal supersymmetric standard models, referred to here as sMSSM. In this framework the SUSY breaking Lagrangian takes the most general form consistent with a grand unified symmetry such as SO(10) and a non-Abelian flavor symmetry acting on the three families with either a 2+1 or a 3 family assignment. Models based on gauged SU(2) and SO(3) flavor symmetry, as well as non-Abelian discrete symmetries such as S_3 and A_4, have been suggested which fall into this category. These models describe supersymmetry breaking in terms of seven phenomenological parameters. The soft supersymmetry breaking masses at M_GUT of all sfermions of the first two families are equal in sMSSM, which differ in general from the corresponding third family mass. In such a framework we show that the muon g-2 anomaly, the observed Higgs boson mass of ~ 125 GeV, and the observed relic neutralino dark matter abundance can be simultaneously accommodated. The resolution of the muon g-2 anomaly in particular yields the result that the first two generation squark masses, as well the gluino mass, should be

연구 동기 및 목표

• 초대칭 프레임워크 내에서 오랫동안 지속된 뮤온의 비정상 자석모멘트($g-2$)의 불일치를 해결하기 위해.
• 저스케일 초대칭 모형에서 약 125 GeV의 관측된 힉스 보존 질량을 동시에 수용하기 위해.
• 맛 대칭이나 $R$-대칭을 위반하지 않으면서 중성차입다른 물질의 정확한 잔류 밀도를 달성하기 위해.
• 제약된 MSSM(cMSSM)의 대안으로 이론적으로 타당한 대칭 기반의, 매개변수 공간이 감소된 모델을 개발하기 위해.
• 특히 글루아진과 첫 번째/두 번째 세대 스쿼크 질량에 대해 LHC에서 검증 가능한 예측을 도출하기 위해.

제안 방법

• sMSSM 프레임워크는 대규모 통합 대칭(예: $SO(10)$)과 비아벨 맛 대칭(예: $SU(2)$, $SO(3)$, $S_3$, $A_4$)를 사용하여 맛 변화 중성자류를 억제한다.
• 초대칭 깨짐은 이러한 대칭을 만족하는 일반 라그랑지안으로 기술되며, 이로 인해 GUT 스케일에서 7개의 현상학적 매개변수가 유도된다.
• 첫 번째 및 두 번째 스퍼미온 세대의 소프트 질량은 상호 간에 통일되지만 세 번째 가족과는 다름으로써, cMSSM의 균일성 원칙을 깨뜨린다.
• 모델은 수치적으로 스캔되었으며, micrOMEGAs를 사용해 잔류 어둠성 물질 밀도를 계산하고, SARAH를 사용해 스펙트럼 생성 및 $g-2$ 계산을 수행하였다.
• 정확한 어둠성 물질 밀도에 부합하는 영역을 식별하기 위해 공반화 채널(smу온, 뮤온 스누트리노, 스타우, $A$-펑글)을 분석하였다.
• B-물리학, $g-2$, LHC 제약 조건을 적용하여 타당한 매개변수 공간을 제한하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초대칭 모형에서 뮤온 $g-2$ 이상현상은 125 GeV 힉스 보존 질량을 동시에 설명할 수 있는가?
• RQ2 비균일한 스퍼미온 질량 프레임워크에서 중성차입다른 물질의 정확한 잔류 밀도를 달성할 수 있는가?
• RQ3 맛 대칭은 스파article 스펙트럼과 저스케일 초대칭의 타당성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 색깔을 가진 스파article에 대한 LHC 제약 조건은 sMSSM 매개변수 공간을 어떻게 제한하는가?
• RQ5 스넬레프톤과 힉스ино를 포함한 공반화 메커니즘은 $g-2$ 및 힉스 질량 제약 조건을 만족하면서도 관측된 어둠성 물질 밀도를 설명할 수 있는가?

주요 결과

• sMSSM 프레임워크는 뮤온 $g-2$ 이상현상, 125 GeV 힉스 보존 질량, 정확한 중성차입다른 물질 잔류 밀도를 동시에 성공적으로 설명한다.
• 첫 번째 및 두 번째 세대 스쿼크 질량, 그리고 글루아진 질량은 $g-2$ 이상현상을 해결하기 위해 $\lesssim 2$ TeV 이하로 제약되며, LHC에서 검증 가능하다.
• 모형은 상대적으로 큰 $\tan\beta > 15$를 선호하며, 이는 정확한 어둠성 물질 잔류 밀도와 $g-2$ 값 달성에 도움이 된다.
• 스무온, 뮤온 스누트리노, 스타우 상태를 통한 공반화는 타당한 반면, 스토퍼 공반화는 이 설정에서는 불리하다.
• $A$-펑글 시나리오는 가능하지만 뚜렷하게 발견되지 않으며, 이는 스캔의 통계적 한계로 인한 것일 수 있다.
• g-2, 스파article 질량, B-물리학 제약 조건이 모두 만족되는 벤치마크 포인트가 도출되었으며, 일부 포인트는 향후 실험에서 감지 가능한 큰 스핀-불변 및 스핀-의존 중성차입다른 물질-핵자 교환 단면적을 예측한다.