[논문 리뷰] The CP-violating pMSSM at the Intensity Frontier

J. Berger, M. Cahill-Rowley외 4명|arXiv (Cornell University)|2013. 09. 29.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 24인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 현상학적 MSSM(pMSSM)에 비틀림이 없는 비틀림 위상(비제로 CP 위상)을 포함시켜 확장하고, 강도 전면 실험—특히 전기 dipole moment(EDM) 및 희귀 붕괴 측정—이 이러한 모델에 대해 감도를 평가한다. 연구 결과, 향후 EDM 및 희귀 케이온 붕괴 실험은 고광도 LHC에서 발견되지 않는 CP 위상의 MSSM 시나리오를 탐색할 수 있으며, 직접 콜라이더 검색의 범위를 초월하는 새로운 물리 현상을 탐색하는 데 있어 강도 전면 검색의 상호보완적 역할을 부각시킨다.

ABSTRACT

In this Snowmass whitepaper, we describe the impact of ongoing and proposed intensity frontier experiments on the parameter space of the Minimally Supersymmetric Standard Model (MSSM). We extend a set of phenomenological MSSM (pMSSM) models to include non-zero CP-violating phases and study the sensitivity of various flavor observables in these scenarios Future electric dipole moment and rare meson decay experiments can have a strong impact on the viability of these models that is relatively independent of the detailed superpartner spectrum. In particular, we find that these experiments have the potential to probe models that are expected to escape searches at the high-luminosity LHC.

연구 동기 및 목표

• 게이지노, 힉스ино, 및 트리일리어 A-항목에 비제로 CP 위상(비틀림 위상)을 포함시켜 현상학적 MSSM(pMSSM)를 확장하기.
• 특히 EDM 및 희귀 붕괴 관측량에 대한 강도 전면 실험의 감도를 이러한 CP 위상 시나리오에 대해 평가하기.
• 고광도 LHC에서 발견되지 않지만 정밀한 플레이버 및 CP 위상 측정을 통해 접근 가능한 모델을 식별하기.
• 직접 LHC 검색이 민감하지 않은 상황에서 강도 전면 실험의 상호보완적 역할이 MSSM 매개변수 공간을 어떻게 탐색하는지 보여주기.

제안 방법

• 중성미온 LSP를 가진 1,000개의 pMSSM 모델을 생성하였으며, 각 모델은 M₁, M₂, μ, Aₜ, A_b, A_τ의 6개의 비틀림 위상을 포함하였다. M₃ 위상은 필드 재정의를 통해 0으로 설정하였다.
• 각 위상에 대해 10⁻⁶×π/2에서 π/2 사이의 로그 균일 분포를 적용하고, 무작위 부호를 부여하여 총 100만 개의 모델 포인트를 생성하였다.
• CP 및 플레이버 위반 관측량을 계산하기 위해 SUSY_FLAVOR v2.02를 사용하였으며, 이에는 중성자 및 전자 EDM, 희귀 케이온 붕괴(K→μμ, K→πνν̄), B-메손 붕괴 등이 포함되었다.
• 2σ 한계를 기반으로 한 [15]의 공격적인 실험 시나리오를 사용하여 향후 감도를 추정하고, 현재의 제약 조건과 향후 기대되는 제약 조건을 비교하였다.
• LHC 배제 가능성을 기반으로 모델을 선별하였다: 14 TeV에서 300 fb⁻¹의 데이터로 95% 신뢰수준에서 500개의 모델이 배제될 것으로 예상되었고, 3,000 fb⁻¹에서도 500개의 모델은 여전히 배제되지 않았다.
• SOFTSUSY 및 SuSpect를 사용하여 콜라이더, 플레이버, 정밀도, 암흑 물질, 이론적 제약 조건에 대한 전반적인 일관성 검증을 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 MSSM에서 관측 가능한 EDM 및 희귀 붕괴 신호를 생성하는 데 가장 중요한 비틀림 위상은 무엇인가?
• RQ2 강도 전면 실험은 고광도 LHC에서 발견되지 않는 CP 위상의 pMSSM 모델을 탐색할 수 있는가?
• RQ3 EDM 및 희귀 케이온 붕괴 관측량 간의 상관관계는 CP 위상 시나리오에서 LHC 발견 가능성과 어떻게 관련되어 있는가?
• RQ4 향후 EDM 및 희귀 붕괴 채널의 실험 감도가 pMSSM에서 LHC 검색의 범위를 초월하여 얼마나 뛰어나게 되는가?
• RQ5 비최소 플레이버 위반의 영향은 CP 위상 모델에서 EDM과 희귀 붕괴 간의 상관관계에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 가장 민감한 EDM 관측량—중성자 및 전자 EDM—은 상호보완적이다: 많은 모델에서 두 값 중 하나만 큰 값을 갖는다.
• 희귀 케이온 붕괴(K→μμ 등)는 최소 플레이버 위반 조건 하에서 CKM 행렬 원소와 선형 관계를 보이며, 이에 대한 편차는 새로운 물리 현상을 시사한다.
• EDM 값과 희귀 케이온 붕괴 분해율 사이에 유의미한 상관관계가 없으며, 이는 CP 위반을 위한 독립적인 탐색 수단임을 나타낸다.
• 향후 EDM 및 희귀 붕괴 실험은 300 fb⁻¹ 또는 심지어 3,000 fb⁻¹의 통합 광도로도 LHC 검색에서 배제되지 않는 CP 위상의 pMSSM 모델을 탐색할 수 있다.
• 윈오 또는 힉스ино LSP를 가진 모델에서 CP 위상 관측량에 가장 큰 기여를 하는 것은 M₂(윈오 질량 매개변수) 및 μ(힉스ино 질량 매개변수)의 위상이다.
• 향후 실험의 감도 예측(예: 개선된 EDM 및 희귀 붕괴 측정)은 수 개의 주기수만큼 향상되어, LHC의 범위를 초월하는 MSSM 매개변수 공간을 상당히 좁힐 것으로 기대된다.