[논문 리뷰] The NUHM2 after LHC Run 1

O. L. Buchmueller, R. Cavanaugh외 12명|arXiv (Cornell University)|2014. 08. 18.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 96인용 수 22

한 줄 요약

이 논문은 LHC 런 1 데이터를 사용하여 NUHM2 초대칭 모델의 실현 가능성에 대한 최빈자적 전역 피팅을 제시한다. 여기에는 힉스 보손 측정치, 부족 에너지 탐색, 희귀 B-메손 붕괴, 전자기적 정밀도 관측치, 직접적인 암흑물질 탐지 한계를 포함한다. 힉스 섹터에서의 더 많은 매개변수 자유도에도 불구하고, NUHM2는 이론적 이상한 뮤온 자기모멘트와 LHC 제약 조건 사이의 긴장감을 크게 완화하지 못하며, 최소 χ²/dof는 32.5/21이다.

ABSTRACT

We make a frequentist analysis of the parameter space of the NUHM2, in which the soft supersymmetry (SUSY)-breaking contributions to the masses of the two Higgs multiplets, $m^2_{H_{u,d}}$, vary independently from the universal soft SUSY-breaking contributions $m^2_0$ to the masses of squarks and sleptons. Our analysis uses the MultiNest sampling algorithm with over $4 imes 10^8$ points to sample the NUHM2 parameter space. It includes the ATLAS and CMS Higgs mass measurements as well as their searches for supersymmetric jets + MET signals using the full LHC Run~1 data, the measurements of $B_s o μ^+ μ^-$ by LHCb and CMS together with other B-physics observables, electroweak precision observables and the XENON100 and LUX searches for spin-independent dark matter scattering. We find that the preferred regions of the NUHM2 parameter space have negative SUSY-breaking scalar masses squared for squarks and sleptons, $m_0^2 < 0$, as well as $m^2_{H_u} < m^2_{H_d} < 0$. The tension present in the CMSSM and NUHM1 between the supersymmetric interpretation of $g_μ- 2$ and the absence to date of SUSY at the LHC is not significantly alleviated in the NUHM2. We find that the minimum $χ^2 = 32.5$ with 21 degrees of freedom (dof) in the NUHM2, to be compared with $χ^2/{ m dof} = 35.0/23$ in the CMSSM, and $χ^2/{ m dof} = 32.7/22$ in the NUHM1. We find that the one-dimensional likelihood functions for sparticle masses and other observables are similar to those found previously in the CMSSM and NUHM1.

연구 동기 및 목표

• LHC 런 1 데이터, 특히 이상한 뮤온 자기모멘트와 직접적인 초대칭 탐색 사이의 긴장감을 고려하여 NUHM2 모델의 타당성을 평가하기 위해.
• CMSSM와 NUHM1에서 관찰된 (g-2)μ와 LHC 제약 조건 간의 갈등을 완화할 수 있는가를 조사하기 위해, NUHM2에서 힉스 소프트 질량의 추가 자유도(m²_Hu ≠ m²_Hd)가 기여하는지 확인하기 위해.
• 대규모 샘플링 방법을 사용하여 NUHM2 매개변수 공간에 대한 종합적인 통계 분석을 수행하기 위해.
• χ²/dof와 스퍼파트클 질량 분포 측면에서 이전의 CMSSM 및 NUHM1 분석과 비교하여 NUHM2의 피팅 품질을 평가하기 위해.

제안 방법

• NUHM2 매개변수 공간을 탐색하기 위해 4×10⁸개 이상의 점을 사용한 MultiNest 샘플링 알고리즘을 활용한 최빈자적 분석을 수행하였다.
• 분석에는 ATLAS 및 CMS의 제트 + /E_T 제약 조건, 힉스 보손 질량 측정치, LHCb 및 CMS의 BR(Bs→μ⁺μ⁻), B-물리 관측치, 전자기적 정밀도 데이터, XENON100 및 LUX 암흑물질 직접 탐지 한계가 포함되었다.
• 모델은 GUT 스케일에서 유니버설 소프트-SUSY 붕괴 매개변수(m₀, m₁/₂, A₀)를 가정하지만, m₀²과 다를 수 있는 비유니버설 힉스 소프트 질량(m²_Hu, m²_Hd)을 允허하였다.
• 실험적 탐색 결과와 일관성을 확보하기 위해, Delphes 시뮬레이션을 사용하여 7 TeV 제약 조건을 8 TeV로 외삽하였다.
• 모든 피팅 매개변수를 고려하여 자유도를 반영한 실험 관측치의 조합을 사용하여 χ²를 계산하였다.
• 경계 조건으로서의 경량 라플레톤과 증가된 (g-2)μ 기여를 고려하기 위해, 음수의 스칼라 질량(m₀² < 0) 영역을 중심으로 분석을 집중하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NUHM2 모델은 관측된 (g-2)μ 이상현상과 LHC에서의 초대칭 신호 부재 사이의 긴장감을 해결할 수 있는가?
• RQ2 NUHM2에서 힉스 소프트 질량의 비일관성(m²_Hu ≠ m²_Hd)이 CMSSM 및 NUHM1에 비해 LHC 런 1 데이터의 통합 피팅에 유의미하게 더 나은 결과를 낳는가?
• RQ3 힉스 질량, 희귀 붕괴 및 직접 암흑물질 탐지 제약 조건를 고려할 때, NUHM2 매개변수 공간의 선호 영역은 무엇인가?
• RQ4 NUHM2에서 스퍼파트클 질량의 일변량 우도 함수는 CMSSM 및 NUHM1과 비교해 어떻게 다른가?
• RQ5 NUHM2는 CMSSM 및 NUHM1에 비해 전역 피팅 품질(χ²/dof)에서 유의미한 개선을 보이는가?

주요 결과

• 선호되는 NUHM2 매개변수 공간은 쿼크 및 라플레톤의 음수 소프트 질량(m₀² < 0)과 함께 m²_Hu < m²_Hd < 0를 특징으로 하며, 이는 힉스 섹터 질량이 음수일 것임을 시사한다.
• NUHM2의 최소 χ²/dof는 32.5/21이며, 이는 NUHM1(32.7/22)과 유사하고 CMSSM(35.0/23)보다 약간 우수하지만, 유의미한 개선은 아니다.
• 비록 힉스 섹터의 비일관성이 추가되었음에도 불구하고, (g-2)μ 이상현상과 LHC 제약 조건 간의 긴장감은 NUHM2에서도 지속되며, 심각한 완화는 이루어지지 않았다.
• 최적 피팅된 글루아진 질량은 약 3 TeV이며, 2 TeV 이상에서 χ² 함수가 평탄하므로 넓은 허용 범위를 가짐을 시사한다.
• NUHM2에서 스핀-독립적 암흑물질 산란 단면적 σ^SI_p는 약 4×10⁻⁴⁹ cm²로 약간 유리하게 평가되며, 대기 중 뉴트리노 배경 수준에 가깝지만, 10⁻⁴⁵ cm² 수준의 값도 여전히 타당하다.
• NUHM2에서 스퍼파트클 질량 및 기타 관측치의 일변량 우도 함수는 CMSSM 및 NUHM1과 유사하여, 최빈자적 분석이 모델 확장에 걸쳐 강인함을 시사한다.