[논문 리뷰] Present and possible future implications for mSUGRA of the non-discovery of SUSY at the LHC

P. Bechtle, K. Desch외 6명|arXiv (Cornell University)|2011. 05. 26.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 9인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 통합 루멘시티 35 pb⁻¹에서 7 fb⁻¹의 통합 루멘시티에 이르기까지 LHC 배제 한계를 고려할 때, 최소 초대칭 SU(3) 게이지 이론(mSUGRA)이 저에너지 정밀 측정 데이터와 암흑 물질 잔류 밀도와 일관성을 유지할 수 있는지 조사한다. Fittino 프레임워크를 사용한 글로벌 피팅 방법을 통해, mSUGRA는 LHC 제약 조건에도 불구하고 여전히 타당성을 유지하지만, 이는 높은 tanβ 값과 증가한 스파article 질량에서만 가능하며, 배제는 제트 + 미량 에너지 채널에서의 직접 초대칭 검색이 아닌 힉스 보존 검색을 통해 이루어져야 한다.

ABSTRACT

Both ATLAS and CMS have published results of SUSY searches putting limits on SUSY parameters and masses. A non-discovery of SUSY in the next two years would push these limits further. On the other hand, precision data of low energy measurements and the dark matter relic density favor a light scale of supersymmetry. Therefore we investigate if supersymmetry -- more specifically the highly constraint model mSUGRA -- does at all agree with precision data and LHC exclusions at the same time, and whether the first two years of LHC will be capable of excluding models of supersymmetry. We consider the current non observation of supersymmetry with 35 pb-1 as well as the possible non observation with 1,2 and 7 fb-1 in a global fit using the framework Fittino.

연구 동기 및 목표

• mSUGRA가 저에너지 정밀 관측치, 암흑 물질 잔류 밀도, 그리고 LHC 배제 한계를 동시에 만족시킬 수 있는지 평가하기.
• LHC 루멘시티가 증가함에 따라(mSUGRA 매개변수 공간에 미치는 영향 평가하기.
• LHC에서의 직접 초대칭 검색이 mSUGRA를 배제할 수 있는지, 아니면 배제가 힉스 보존 검색을 통해만 가능할지 판단하기.
• 고치고 있는 tanβ 값이 증가하는 데 기여하는 (g-2)μ, Ωχ, 그리고 LHC 한계 간의 상호작용 탐색하기.

제안 방법

• Fittino 프레임워크를 사용한 글로벌 베이지안 피팅을 통해 mSUGRA 예측과 실험 데이터를 통합.
• 스파article 질량, 힉스 질량, 암흑 물질 잔류 밀도에 대한 이론적 예측은 SPheno, FeynHiggs, micrOMEGAs, SuperISO를 통해 계산.
• LHC 배제 한계는 ATLAS의 포함형 4제트 + 0전자 + E_T^miss 검색 채널을 사용하고, 효과적 질량(M_eff)을 분류 변수로 사용.
• 신호 및 배경의 M_eff 분포에 대한 검출기 효과는 Herwig++ 및 Delphes를 사용해 시뮬레이션.
• ATLAS 분석에서 유도된 표준모형 배경 형태에 대해 체계적 20% 불확실성 적용.
• mSUGRA 매개변수 공간 샘플링 및 χ²/ndf 계산을 위해 마르코프 체인 몬테카를로(MCMC) 기법 사용.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 35 pb⁻¹에서 7 fb⁻¹의 통합 루멘시티에 이르기까지 LHC 배제 한계를 고려할 때, mSUGRA는 저에너지 정밀 측정 데이터와 암흑 물질 잔류 밀도와 일관성을 유지할 수 있는가?
• RQ2 LHC 루멘시티와 배제 한계가 증가함에 따라, 특히 스파article 질량과 tanβ에 대해 mSUGRA 매개변수 공간에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 LHC 채널이 tanβ에 대해 약하게 의존함에도 불구하고, LHC 한계를 포함시킬 경우 최적의 tanβ 값이 크게 증가하는 이유는 무엇인가?
• RQ4 LHC에서의 직접 초대칭 검색이 mSUGRA를 배제하는 데 충분한가, 아니면 배제가 힉스 보존 검색을 통해서만 가능할까?
• RQ5 고치고 있는 공진열과 힉스 펌널링이 고 tanβ 조건에서 Ωχ와 (g-2)μ와의 일치를 유지하는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 35 pb⁻¹에서 7 fb⁻¹의 통합 루멘시티에 이르기까지 LHC 배제 한계를 포함시켜도 mSUGRA 모델은 수용 가능한 χ²/ndf 값을 유지하며 타당성을 유지한다.
• 모든 스파article의 허용 질량 범위는 높은 루멘시티에서 크게 증가하며, 특히 글루아노와 스퀴어크의 질량 증가가 두드러진다. 이는 LHC 배제 한계와 정밀 관측치 간의 상호작용 때문이다.
• 표준모형 유사 힉스 보존 질량은 mSUGRA에서 m_h⁰ < 135 GeV로 제약되며, 이는 LHC 루멘시티 증가와는 관계없이 허용 질량 범위가 증가하지 않는 유일한 입자이다.
• LHC 배제 한계는 (g-2)μ와 Ωχ와의 일치를 유지하기 위해 최적의 tanβ 값을 17에서 43으로 끌어올린다. 이는 관측치 간의 비선형적 상호작용을 보여준다.
• 7 fb⁻¹의 루멘시티에 이르기까지도 첫 2년 동안의 LHC 운영 기간 동안, 4제트 + 0전자 + E_T^miss 채널에서의 직접 초대칭 검색으로는 mSUGRA를 배제하는 것은 불가능하다.
• mSUGRA의 배제는 직접 힉스 보존 검색을 통해만 가능할 수 있으며, 힉스 질량 제약 조건이 여전히 핵심적인 제약 요소로 남아 있다.