[논문 리뷰] Testing the MSSM with the Mass of the W Boson

S. Heinemeyer, W. Hollik외 3명|arXiv (Cornell University)|2006. 11. 29.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 최소 초대칭 표준모형(MSSM)에서 W 보손 질량(MW)에 대한 가장 정밀한 이론적 예측을 제시하며, 복소 위상 의존성과 함께 전체 1차 교정, 모든 가용한 2차 교정, 그리고 전체 표준모형 결과를 포함한다. 이는 제3세대 스쿼크 섹터의 위상들이 MW에 20 MeV를 초과하는 이완을 유도할 수 있음을 밝혀내며, 저온의 페르미온 질량과 큰 |μ|에서 더 강한 영향을 미친다. 현재의 실험적 MW 및 mt 측정치를 바탕으로 MSSM이 표준모형(SM)보다 약간 더 유리한 결과를 보인다.

ABSTRACT

We review the currently most accurate evaluation of the W boson mass, M_W, in the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM). It consists of a full one-loop calculation, including the complex phase dependence, all available MSSM two-loop corrections as well as the full Standard Model result. We analyse the impact of the phases in the scalar quark sector on M_W and compare the prediction for M_W based on all known higher-order contributions with the experimental results.

연구 동기 및 목표

• 모든 알려진 고차 양자 교정을 포함한 MSSM에서 W 보손 질량(MW)에 대한 가장 정확한 이론적 예측을 제공하기 위해.
• 특히 φAt + φμ 및 φAb + φμ와 같은 스쿼크 섹터의 복소 위상이 MSSM 내에서 MW에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 모든 알려진 고차 기여를 포함한 MSSM의 MW 예측을 현재의 실험 데이터와 비교하여 모델의 타당성을 시험하기 위해.
• 스퍼파티클 질량, |μ|, tanβ와 같은 SUSY 매개변수의 변동에 따른 MW의 민감도를 평가하며, 특히 위상 의존성 효과와의 관계를 고려하기 위해.

제안 방법

• 스쿼크 섹터의 복소 위상 의존성을 포함한 MSSM에서 Δr의 전체 1차 교정 계산을 수행하며, 표준모형 결과를 기준선으로 사용한다.
• 모든 가용한 MSSM 2차 교정을 Δr에 통합하여 MW 예측의 이론적 정밀도를 높인다.
• FeynHiggs2.2 프로그램을 사용하여 MSSM 제약 조건과 일관되게 힉스 섹터 매개변수인 μ 및 tanβ를 결정한다.
• M~f, |μ|, tanβ, 그리고 삼중 상호작용 계수를 포함한 광범위한 MSSM 매개변수 영역에 대한 수치적 스캔을 수행하며, LEP 힉스 및 SUSY 질량 제약 조건을 적용한다.
• δMW = - (MW_ref / 2) * (sw² / (cw² - sw²)) * Δr^SUSY 식을 통해 δMW를 계산한다. 여기서 Δr^SUSY 는 Δr에 대한 1차 교정에서의 SUSY 기여이다.
• 복소 위상과 주요 SUSY 매개변수에 따른 MW 의존성을 시각화하기 위해 등고선도 및 매개변수 스캔을 생성한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 제3세대 스쿼크 섹터의 복소 위상은 MSSM 내에서 예측된 W 보손 질량에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 실제 MSSM 매개변수 조건 하에서 위상 유도 이완이 MW에 도달할 수 있는 최대치는 얼마인가?
• RQ3 2차 교정과 복소 위상을 포함함으로써 이전의 근사치와 비교해 MSSM의 MW 예측은 어떻게 변화하는가?
• RQ4 현재의 실험적 MW 및 mt 측정치를 고려할 때, 전체 이론적 불확실성을 포함해도 MSSM이 표준모형을 초월해 유리한가?
• RQ5 위상 의존성 효과는 스퍼파티클 혼합 및 |μ|와 관련하여 MSSM의 허용 가능한 매개변수 공간에 어떤 제약을 가하는가?

주요 결과

• 저온의 스퍼파티클 질량(M~f = 500 GeV)과 큰 |μ| (900 GeV) 조건에서, 스쿼크 섹터의 복소 위상 — 특히 φAt + φμ 및 φAb + φμ — 는 MW에 20 MeV를 초과하는 이완을 유도할 수 있다.
• 높은 tanβ 조건(예: tanβ = 30)에서는 위상 유도 이완이 조건에 관계없이 0.5 MeV 이하로 억제되며, 이는 큰 |μ| 조건에서도 마찬가지이다.
• tanβ = 5 이고 M~f = 500 GeV 인 조건에서, 위상 유도 이완은 약 20 MeV에 도달하며, 이는 스쿼크 섹터의 CP 위반 위상에 대한 민감도가 높음을 시사한다.
• 모든 알려진 고차 교정을 포함한 MSSM의 MW 예측은 현재 실험 데이터(MW = 80.392 ± 0.029 GeV, mt = 171.4 ± 2.1 GeV)와 비교할 때 표준모형(SM)에 비해 약간 더 유리한 결과를 보인다.
• SM과 MSSM의 MW 예측 간의 겹침 영역은 비교적 작으며, 특히 스퍼파티클 혼합이 강할 경우(예: m~t2/m~t1 > 2.5) MSSM은 더 큰 MW 값을 허용한다.
• 이 연구는 X~t 및 X~b의 위상(At 및 Ab를 통해)이 1차 교정 단계에서 Δr에 기여하지 않음을 확인했지만, μ와의 조합된 위상은 질량 및 혼합 각도 변화를 통해 MW에 영향을 미친다.