[논문 리뷰] Probing SUSY Naturalness at the CEPC

Lei Wu|arXiv (Cornell University)|2017. 05. 06.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 자연스러운 슈퍼대칭에서 힉스이노 월드 시나리오를 CEPC 힉스 팩토리에서 $e^+e^- \to W^+W^-$ 를 정밀하게 측정하여 시험할 것을 제안한다. 240 GeV에서 0.1%의 정확도로 측정할 경우, CEPC는 $\mu \lesssim 210$ GeV 이하의 힉스이노 질량을 탐색할 수 있으며, 시스템적 불확실성으로 인해 제약을 받는 LHC의 단일 제트 검색에 비해 타당한 대안을 제공한다.

ABSTRACT

The discovery of a 125 GeV SM-like Higgs boson, in conjunction with the very recent null results of the LHC Run-2 searches for sparticles, has jeopardized the naturalness of the minimal supersymmetric Standard Model (MSSM) with light stops and gluino. Therefore, it is necessary to explore other possible scenarios in the minimal framework for which the theory maintains naturalness and is consistent with the current data. Among them, the higgsino world is one of the popular natural SUSY scenarios, in which $|\mu| \ll M_{gauginos} \ll M_{scalars}$. As such, searching for light dgenerate higgsinos becomes an essential task of testing naturalness in supersymmetry (SUSY). At the LHC, the direct way to probe for such a higgsino world from mono-jet (-like) events may be challenging because of the potentially large systematical uncertainties. In this work, I propose to test higgsino world through precision measurement of cross section of the process $e^+e^- o W^+W^-$ at future Higgs factories, such as Circular Electron Positron Collider (CEPC) in China. I find that the higgsino mass parameter $\mu \lesssim 210$ GeV favored by naturalness can be covered if the accuracy of the measurement of $W^+W^-$ production can reach 0.1\% at 240 GeV CEPC.

연구 동기 및 목표

• 스퍼파트ICLES에 대한 LHC의 null 결과를 고려할 때 자연스러운 슈퍼대칭을 시험하는 데 도전하는 문제를 다루기 위해.
• 스탑-글루ино 패러다임을 초월한 타당한 자연스러운 슈퍼대칭 시나리오를 탐색하기 위해.
• 향후 힉스 팩토리에서의 정밀 측정을 제안하여 직접적인 LHC 검색과 보완적으로 기능하도록 하기 위해.
• CEPC에서 $e^+e^- \to W^+W^-$ 단면적 측정을 통해 힉스이노 월드 시나리오를 시험할 수 있음을 입증하기 위해.
• 현실적인 실험 정확도 조건 하에서 CEPC가 힉스이노 질량 매개변수 $\mu$에 대해 얼마나 민감한지를 정량화하기 위해.

제안 방법

• 연구는 CEPC 충돌기에서 240 GeV의 중심질량 에너지로 작동할 때의 $e^+e^- \to W^+W^-$ 과정에 초점을 맞춘다.
• MSSM의 맥락에서 힉스이노 질량 매개변수 $\mu$에 대한 $W^+W^-$ 생성 단면적의 민감도를 평가한다.
• 이 분석은 $|\mu| \ll M_{\text{gauginos}} \ll M_{\text{scalars}}$ 조건을 가정하며, 이는 힉스이노 월드의 특징이다.
• 메서드는 CEPC의 고광도 및 낮은 시스템적 불확실성 덕분에 $\mu$를 제약하기 위해 $W^+W^-$ 단면적의 정밀 측정에 기반한다.
• 경계 조건으로서 경량 힉스이노를 가진 MSSM에서의 $W^+W^-$ 단면적 이론 예측을 사용하여 필요한 측정 정확도를 도출한다.
• 핵심 방정식은 $\mu$에 대한 함수로 된 $W^+W^-$ 단면적을 포함하며, 기대되는 실험 정밀도로부터 민감도를 유도한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CEPC는 자연스러운 슈퍼대칭 시나리오에서 힉스이노 질량 매개변수 $\mu$를 탐색하기에 충분한 정밀도를 확보할 수 있는가?
• RQ2 힉스이노 월드에서 CEPC의 $W^+W^-$ 생성 단면적은 $\mu$에 어떻게 의존하는가?
• RQ3 CEPC에서 $\mu \lesssim 210$ GeV를 시험하기 위해 필요한 측정 정확도는 어느 정도인가?
• RQ4 정밀 측정된 $e^+e^- \to W^+W^-$ 결과는 경량 힉스이노에 대해 LHC의 단일 제트 검색에 비해 타당한 대안이 될 수 있는가?
• RQ5 CEPC는 힉스이노 지배 매개변수 공간에서 자연스러운 슈퍼대칭에 대해 어느 정도의 감도를 갖는가?

주요 결과

• 240 GeV에서 $W^+W^-$ 생성 단면적을 0.1% 정확도로 측정할 경우, CEPC는 $\mu \lesssim 210$ GeV 이하의 힉스이노 질량 매개변수를 탐색할 수 있다.
• 240 GeV에서 0.1%의 측정 정확도는 자연스러움에 유리한 조건을 가진 힉스이노 월드 영역을 커버하는 데 충분하다.
• $e^+e^- \to W^+W^-$ 정밀 측정은 LHC의 단일 제트 검색보다 보다 보다 타당하고 더 견고한 탐색 방법이 될 수 있다.
• 특히 $|\mu| \ll M_{\text{gauginos}} \ll M_{\text{scalars}}$ 조건을 만족하는 힉스이노 월드에서는 모델 의존성이 최소화되어 이 방법이 특히 효과적이다.
• 이 연구는 향후 힉스 팩토리, 예를 들어 CEPC가 현재 LHC 검색의 범위를 초월한 자연스러운 슈퍼대칭을 시험할 수 있음을 입증한다.
• 결과는 CEPC의 고정밀 측정 능력이 힉스이노 지배 영역에서 MSSM의 자연스러움을 탐색하는 데 강력한 도구가 될 수 있음을 보여준다.