[논문 리뷰] Toward the Natural and Realistic NMSSM with and without R-Parity

Taoli Cheng, Jinmian Li외 4명|arXiv (Cornell University)|2012. 07. 26.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 R-대칭 보존이 아닌 다음 최소 초대칭 표준 모형(NMSSM)을 제안하여 R-대칭 보존 시나리오보다 더 자연스럽고 현실적인 프레임워크로 삼는다. R-대칭 보존을 허용함으로써, 이 모형은 낮은 정밀 조정(2–3.7%)과 타당한 암흑 물질 잔류 밀도를 유지하면서 125 GeV 힉스 보존 질량과 붕괴 비율을 설명할 수 있으며, 가벼운 스토퍼, 싱글리노, 힉스이노를 통해 LHC 및 XENON100 제약 조건을 회피하고 뮤온 이례 자기모멘트를 증가시킨다.

ABSTRACT

From the current ATLAS and CMS results on Higgs boson mass and decay rates, the NMSSM is obviously better than the MSSM. To explain the fine-tuning problems such as gauge hiearchy problem and strong CP problem in the SM, we point out that supersymmetry does not need to provide a dark matter candidate, i.e., R-parity can be violated. Thus, we consider three kinds of the NMSSM scenarios: in Scenarios I and II R-parity is conserved and the lightest neutralino relic density is respectively around and smaller than the observed value, while in Scenario III R-parity is violated. To fit all the experimental data, we consider the χ^2 analyses, and find that the Higgs boson mass and decay rates can be explained very well in these Scenarios. Considering the small χ^2 values and fine-tuning around 2-3.7% (or 1-2%), we obtain the viable parameter space with light (or relatively heavy) supersymmetric particle spectra only in Scenario III (or in Scenarios I and II). Because the singlino, Higgsinos, and light stop are relatively light in general, we can relax the LHC supersymmetry search constraints but the XENON100 experiment gives a strong constraint in Scenarios I and II. In all the viable parameter space, the anomalous magnetic moment of the muon (g_μ - 2)/2 are generically small. With R-parity violation, we can increase (g_μ - 2)/2, and avoid the contraints from the LHC supersymmetry searches and XENON100 experiment. Therefore, Scenario III with R-parity violation is more natural and realistic than Scenarios I and II.

연구 동기 및 목표

• 표준모형(SM)의 정밀 조정 문제와 강한 CP 문제를 R-대칭 보존을 요구하지 않고 해결하고자 한다.
• NMSSM에서 R-대칭 보존이 초대칭 모형의 더 자연스럽고 현실적인 형태로 이어질 수 있는지 탐색하고자 한다.
• 세 가지 NMSSM 시나리오에서 χ² 분석을 통해 관측된 힉스 보존 질량(~125 GeV)과 붕괴 비율을 맞추고자 한다.
• LHC 초대칭 탐색 및 XENON100 직접 탐지 실험의 제약 조건을 평가하고자 한다.
• R-대칭 보존이 없는 시나리오에서 뮤온 이례 자기모멘트(g-2)μ를 설명할 수 있는지 평가하고자 한다.

제안 방법

• 세 가지 NMSSM 시나리오—R-대칭 보존(Ⅰ, Ⅱ)과 R-대칭 보존이 없는(Ⅲ)—에 대해 힉스 보존 질량, 붕괴 비율, 잔류 밀도, (g-2)μ를 맞추기 위한 χ² 분석을 수행한다.
• 표준 모형의 양자 수정을 고려한 중력장 방정식과 한계 루프 보정을 사용하여 NMSSM에서 힉스 질량과 결합 상수를 계산한다.
• ATLAS 및 CMS의 힉스 신호 강도(γγ, WW, ZZ, bb, ττ) 및 LHC 쿼크/글루아노 탐색 결과를 제약 조건으로 적용한다.
• 스핀-독립적 암흑 물질-핵자 산란 횡단면에 대한 XENON100 직접 탐지 제약 조건을 적용한다.
• 전기약력 스케일이 소프트-브레이킹 매개변수에 대한 상대 감도를 정의하는 ΔFT 측도를 사용해 정밀 조정을 계산한다.
• 초합성 퍼텐셜에 R-대칭 보존이 없는 항목을 포함시켜 중성미온 질량을 생성하고, 카린오/네이처럴리노 기여로 (g-2)μ를 증가시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 R-대칭 보존이 없는 NMSSM는 관측된 힉스 보존 질량과 붕괴 비율을 낮은 정밀 조정으로 설명할 수 있는가?
• RQ2 LHC 초대칭 탐색 및 XENON100 직접 탐지 제약 조건은 R-대칭 보존 시나리오와 R-대칭 보존이 없는 NMSSM의 타당한 매개변수 공간에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 R-대칭 보존이 자연스럽게 뮤온 이례 자기모멘트(g-2)μ를 표준모형 예측을 초월해 증가시킬 수 있는가?
• RQ4 가장 타당한 시나리오에서의 특징적인 스피articles 스펙트럼(예: 스토퍼, 힉스이노, 싱글리노)은 무엇인가?
• RQ5 R-대칭 보존이 없는 NMSSM는 R-대칭 보존이 있는 대안보다 더 자연스럽고 현실적인가?

주요 결과

• R-대칭 보존이 없는 시나리오 Ⅲ는 최소 χ² 값(19.67)과 3.7%의 정밀 조정을 달성하며, 가벼운 초대칭 스펙트럼(예: 스토퍼 365 GeV, 힉스이노 약 120 GeV)을 가진다.
• 시나리오 Ⅲ에서 가장 가벼운 중성미오는 R-대칭 보존을 유지하지 않아도 관측된 암흑 물질 잔류 밀도를 충족시킬 수 있다.
• XENON100 실험은 R-대칭 보존 시나리오(Ⅰ 및 Ⅱ)에 강력한 제약 조건을 가하며, R-대칭 보존이 없는 경우 직접 탐지 횡단면이 억제되어 이러한 제약 조건을 피할 수 있다.
• LHC 초대칭 탐색은 저다중도 최종 상태로 인해 시나리오 Ⅰ 및 Ⅱ에서 느슨해지지만, R-대칭 보존이 없는 경우 제약 조건을 위반하지 않으면서도 더 가벼운 스피articles를 허용한다.
• R-대칭 보존이 없는 항목 덕분에 시나리오 Ⅲ에서 뮤온 이례 자기모멘트(g-2)μ가 증가하여 1.893×10⁻¹⁰에 도달하며, 관측된 격차와 일치한다.
• 베이치마크 포인트 ⅢA는 최소 χ²(19.67)와 정밀 조정(3.7%)을 기록하며, SM 유사 힉스 보존 질량 126.9 GeV과 SM 예측에 가까운 신호 강도를 가진다.