[논문 리뷰] Supersymmetry after the Higgs discovery and its LHC phenomenology

Sho Iwamoto|arXiv (Cornell University)|2013. 05. 03.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 129인용 수 3

한 줄 요약

이 학위논문은 게이지 매개 초대칭(ГMSB)의 확장으로서, 벡터-유사 물질(V-MSSM)을 포함하는 V-GMSB 모델을 제안하여 126 GeV 힉스 보손 질량과 뮤온 이례 자기모멘트 이상 현상 간의 모순을 해결한다. 벡터-유사 쿼크와 렙톤의 (10+10) SU(5) 디컵렛을 도입함으로써, 이 모델은 루프 보정을 통해 힉스 질량을 높이며, 더 가벼운 스토퍼 쿼크(약 1–2 TeV)를 가능하게 하고, 타당한 CMSSM 및 GMSB 시나리오를 부활시킨다. 주요 결과는 126 GeV 힉스와 2σ 수준의 뮤온 g−2 이상 현상이 동시에 실현 가능하며, 벡터-유사 쿼크의 질량이 MV ≲1.2 TeV 이하로 제약을 받는다.

ABSTRACT

Under the minimal SUSY standard model (MSSM), the discrepancy in the muon g-2 suggests the SUSY particles are of order 100 GeV, which is also supported by discussions on the little hierarchy problem. However, the LHC experiments have found no scalar-quarks or gluinos in such mass range, and moreover, the Higgs boson mass of 126 GeV requires, within the MSSM framework, the scalar-top mass of order 1-10 TeV. This current status forces us to abandon the simplest supersymmetry-breaking frameworks of the CMSSM and the GMSB scenarios. The V-MSSM is investigated in this dissertation, which is proposed as an extension of the MSSM with a (10 + 10bar) pair of the SU(5) decuplets. In the framework the Higgs mass is increased by effect from the extra matters, and thus the 126 GeV is achieved with the scalar-top having a lighter mass. This fact resurrects the CMSSM and the GMSB scenarios. This dissertation examines the GMSB scenario under the V-MSSM; it is called V-GMSB scenario. It is shown that the V-GMSB has a potential to realize the 126 GeV mass of the Higgs boson with holding the explanation of the muon magnetic moment discrepancy, if the masses of the extra quarks are approximately less than 1.2 TeV. Constraints on the V-GMSB from the LHC experiments are discussed then; it is concluded that the gluino mass must be approximately heavier than 1.1 TeV, and that the extra quarks be heavier than 300-650 GeV depending on the decay branches of them. LHC prospects are briefly discussed. As the extra quarks are expected to be approximately less than 1.2 TeV, searches for the particles are of great interest at the 14 TeV LHC; constraints from the supersymmetry search, especially on the gluino mass, are expected to be much improved there. Therefore, it is expected that the fate of the V-GMSB is adjudicated at the court of the 14 TeV LHC.

연구 동기 및 목표

• 초대칭 모델 내에서 126 GeV 힉스 보손 질량과 뮤온 이례 자기모멘트(g−2) 이상 현상 간의 갈등을 해결하기.
• 이전에 높은 힉스 질량과 초대칭 신호 부족으로 인해 배제되었던 CMSSM 및 GMSB 시나리오를 부활시키기.
• 벡터-유사 물질을 포함한 타당한 GMSB 프레임워크를 구축하여, 힉스 질량과 뮤온 g−2 이상 현상을 정밀하게 설명하면서 미세조정이 필요로 하지 않도록 하기.
• LHC 초대칭 탐색 결과와 진공 안정성 기준을 활용하여, 벡터-유사 쿼크 및 렙톤의 질량 척도를 제약하기.
• 힉스 발견 이후 초대칭의 현상학적으로 타당한 전진 길을 제시하며, SU(5) 대통합 이론과 일관성을 유지하기.

제안 방법

• SU(5) 벡터-유사 물질 다중체(10+10) 쌍을 도입하여 MSSM의 확장인 V-MSSM를 제안.
• 벡터-유사 쿼크 및 렙톤에 의한 레이디에이티브 보정을 계산하여, 고전적 힉스 질량을 126 GeV로 높임.
• 벡터-유사 섹터를 포함한 게이지 매개 초대칭 깨짐(GMSB)을 적용하여, 맛과 CP 문제로부터 자유로운 성질 유지.
• 진공 안정성 분석을 수행하여, 특히 벡터-유사 질량 척도 MV의 매개변수 공간을 제약.
• 몬테카를로 시뮬레이션과 LHC 탐색 제약(예: ATLAS b-태깅, 치아린오/뉴트랄리노 쌍 생성)을 활용하여 현상학적 타당성 테스트.
• 뮤온 g−2, 힉스 질량, LHC 탐색 제약를 통합하여 매개변수 공간 내 타당한 영역 식별.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 매우 무거운 스토퍼가 필요 없이 GMSB 모델에서 126 GeV 힉스 보손 질량을 달성할 수 있는가?
• RQ2 GMSB 프레임워크 내에서 126 GeV 힉스 질량 조건을 만족시키면서도 뮤온 g−2 이상 현상을 설명할 수 있는가?
• RQ3 LHC에서 V-GMSB 모델의 벡터-유사 쿼크 및 렙톤은 어떤 현상학적 서식을 띠는가?
• RQ4 벡터-유사 물질의 포함이 확장된 GMSB 모델의 진공 안정성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 현재 LHC 데이터와 이론적 제약 조건을 만족하는 상한선 MV는 무엇인가?

주요 결과

• V-GMSB 모델은 스토퍼 질량이 1–2 TeV 범위에 있는 조건에서 126 GeV 힉스 보손 질량을 성공적으로 실현하여, CMSSM 및 GMSB 시나리오와의 갈등을 해결한다.
• 뮤온 g−2 이상 현상은 V-GMSB 프레임워크 내에서 2σ 수준에서 설명 가능하며, 1σ 수준의 설명은 LHC 초대칭 탐색 제약에 의해 배제된다.
• 벡터-유사 쿼크 및 렙톤의 질량 척도 MV는 1.2 TeV 이하로 제약되며, 이는 가장 가벼운 벡터-유사 쿼크 t′1의 질량가 1.1 TeV 이하임을 의미한다.
• 모델은 14 TeV LHC에서 약 100 fb−1의 루미노사티가 실현될 경우, 질량 범위가 1.1 TeV 이내인 벡터-유사 쿼크를 발견할 수 있는 충분한 감도를 예측한다.
• V-GMSB 모델은 힉스 질량, 뮤온 g−2, LHC 제약 조건을 동시에 만족시키며, GMSB의 이론적 이점을 유지하는 타당한 길을 제공한다.
• 진공 안정성 기준은 매개변수 공간을 추가로 제약하며, MV의 중간 수준의 값이 선호되며, 전자약력 진공의 장기적 안정성을 보장한다.