[논문 리뷰] Persistent Fine-Tuning in Supersymmetry and the NMSSM

Philip Schuster, Natalia Toro|ArXiv.org|2005. 12. 15.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 22

한 줄 요약

이 논문은 다음에 최소 초대칭 표준 모형(NMSSM)에서의 피드백 조정을 조사하며, 무거운 스토퍼에 기인한 조정을 줄일 수 있는 수정된 힉스 섹터가 존재하지만, 새로운 모형에 의존하는 조정을 유도한다는 것을 보여준다. 연구는 전자약 대칭 붕괴와 힉스의 투명성에 대해 소프트 질량과 A-항목에서 1–10%의 조정이 필요하다고 밝히며, 이는 112 GeV 이하로 힉스를 숨길 수 있는 잠재적 가능성에도 불구하고 NMSSM가 끈적한 조정 문제를 지속적으로 앓고 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We examine the use of modified Higgs sectors to address the little hierarchy problem of supersymmetry. Such models reduce weak-scale fine-tuning by allowing lighter stops, but they retain some fine-tuning independent of the Higgs. The modified Higgs sector can also introduce model-dependent tunings. We consider the model-independent constraints on naturalness from squark, gluino, chargino and neutralino searches, as well as the model-dependent tuning in the PQ- and R-symmetric limits of the NMSSM, where cascade decays or additional quartic interactions can hide a Higgs without relying on heavy stops. Obtaining viable electroweak symmetry breaking requires a tuning of $\sim 1-10%$ in the PQ limit. A large A-term is also necessary to make charginos sufficiently heavy, and this introduces an additional weak-scale tuning of $\sim 10%$. The R-symmetric limit requires large marginal couplings, a large singlet soft mass, and a tuning of $\sim 5-10%$ to break electroweak symmetry. Hiding MSSM-like Higgs states below $\approx 112$ GeV requires additional tunings of A-terms at the $\sim 1-10%$ level. Thus, although the NMSSM has rich discovery potential, it suffers from a unique fine-tuning problem of its own.

연구 동기 및 목표

• 무거운 스토퍼에 기인한 조정을 줄임으로써 초대칭의 작은 계단 문제를 해결하는가를 분석하기 위해.
• NMSSM 내의 모형 독립적 및 모형 의존적 조정 원인을 조사하며, 특히 PQ 및 R 대칭 한계에서 중점을 두기 위해.
• LEP가 제약하는 카린오, 중성미오 및 힉스 붕괴 조건을 만족하면서 MSSM 유사 힉스를 약 112 GeV 이하로 숨기기 위해 필요한 조정의 정도를 규명하기 위해.
• NMSSM의 풍부한 현상학이 새로운 불가피한 조정의 대가로 이어지는가 평가하기 위해.
• NMSSM의 조정을 MSSM과 비교하여 조정의 이동이 의미 있는 개선인지 평가하기 위해.

제안 방법

• 약한 스케일의 조정을 정량화하기 위해 LEP와 테바트론이 제약하는 스퀘어크, 글루아노, 카린오, 중성미오에 대한 제약 조건을 분석한다.
• PQ 대칭 한계에서의 NMSSM를 평가하며, 이는 가짜 골드스톤 보손이 약 110 GeV 이하로 가벼운 힉스를 숨기기 위해 계단 붕괴를 가능하게 한다.
• R 대칭 한계를 검토하며, 이는 힉스를 자연스럽게 숨기고 전자약 대칭을 붕괴시키기 위해 큰 결합 상수와 소프트 질량이 필요하다.
• 타당한 전자약 대칭 붕괴를 달성하기 위해 소프트 질량(m_Hu², m_S²)과 A-항목에서 1–10% 수준의 조정을 정량화한다.
• MSSM 유사 힉스가 112 GeV 이하일 경우 힉스 탐색 제약 조건을 피하기 위해 A-항목 조정의 영향을 고려한다.
• NMSSM의 조정을 MSSM과 비교하며, NMSSM가 조정을 이동시키지만 제거하지는 않는다는 점을 강조한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NMSSM는 더 가벼운 스토퍼를 허용하고 무거운 스토퍼 조정을 피할 수 있음으로써 작은 계단 문제를 줄이는가?
• RQ2 PQ 및 R 대칭 한계에서 전자약 대칭 붕괴를 달성하기 위해 NMSSM의 소프트 질량과 A-항목에서 필요한 조정 수준은 어느 정도인가?
• RQ3 LEP의 힉스 및 카린오/중성미오 제약 조건을 피하면서 MSSM 유사 힉스를 약 112 GeV 이하로 숨기기 위해 필요한 조정 정도는 어느 정도인가?
• RQ4 NMSSM의 수정된 힉스 섹터는 MSSM에 비해 새로운 조정 원인을 유도하지 않는가?
• RQ5 NMSSM의 힉스 섹터와 스펙트럼에서의 조정은 MSSM의 Z 보손 질량에서의 조정보다 덜 심각한가?

주요 결과

• PQ 대칭 한계에서, 전자약 대칭 붕괴를 달성하기 위해 업 타입과 싱글릿 소프트 질량에서 1–10%의 조정이 필요하다.
• 힉시노 질량을 LEP 제약 조건 이하로 유지하기 위해 큰 Aλ-항목(~300–350)이 필요하며, 이는 약한 스케일 스펙트럼에서 추가로 10%의 조정을 유도한다.
• R 대칭 한계에서, 전자약 대칭을 붕괴시키기 위해 소프트 질량과 결합 상수에서 5–10%의 조정이 필요하며, 랑도 극을 피하기 위해 큰 λ와 κ > 0.6이 필요하다.
• MSSM 유사 힉스를 약 ~112 GeV 이하로 숨기기 위해 b̄b 붕괴 분포율을 억제하고 LEP 배제 조건을 피하기 위해 A-항목에서 1–10% 수준의 조정이 필요하다.
• PQ 한계에서도 계단 붕괴로 힉스를 숨길 수 있지만, 큰 Aλ와 작은 소프트 질량이 필요하여 조정 수준이 MSSM과 비슷하거나 더 악화된다.
• NMSSM는 조정을 제거하지 않으며, 오히려 이를 힉스 섹터와 힉시노 질량으로 이동시켜 지속적인 조정 문제를 야기한다.