[논문 리뷰] Updated global fits of the SM and MSSM to electroweak precision data

W. De Boer, W.M. Mösle외 3명|arXiv (Cornell University)|1996. 08. 30.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 전자약력 정밀도 데이터에 대한 표준모형(SM)과 최소 초대칭 표준모형(MSSM)의 글로벌 피팅을 제시하며, 업데이트된 LEP, SLC, 테바트론 및 CLEO 데이터를 포함한다. R_b 이상현상은 이전에 3.2σ의 이질성이 있었으나 1.8σ로 감소하여 표준모형의 적합도 확률이 8%에서 24%로 향상되었지만, MSSM은 잔여 이질성을 설명할 수는 있으나 더 많은 매개변수로 인해 전체 피팅 품질이 크게 향상되지 않았다.

ABSTRACT

The Minimal supersymmetric extension of the Standard Model (MSSM) with light stops, charginos or pseudoscalar Higgs bosons has been suggested as an explanation of the too high value of the branching ratio of the $Z^0$ boson into $b$ quarks ($R_b$ anomaly). A program including all radiative corrections to the MSSM at the same level as the radiative corrections to the SM has been developed and used to perform global fits to all electroweak data from LEP, SLC and the Tevatron and the radiative b->sgamma decay from CLEO. Recent updates on electroweak data, which have been presented at the Warsaw Conference in summer 1996, reduce the R_b anomaly from a 3.2 \\sigma to a 1.8 \\sigma effect, which improves the probability in the SM from 8% to 24%. Although the MSSM can fully explain the remaining deviation of R_b from the SM value, its probability is not better because of the larger number of free parameters. The best fitted value of the strong coupling constant at the M_Z scale in the {MS} renormalization scheme is 0.120\\pm0.003 for the SM and 0.116\\pm0.005 (0.119\\pm0.005) for the MSSM with low (high) values of tan beta. The derived quantity \\sin^2\ heta_{MS} equals 0.2317\\pm0.0004 (0.2315\\pm0.0004) for the SM (MSSM).

연구 동기 및 목표

• 1996년 바르샤바 회의에서 발표된 최신 측정치를 바탕으로 전자약력 정밀도 데이터를 재평가하기 위해.
• 가벼운 스토퍼, 카이린오, 또는 페시터클 힉스 보손을 가진 MSSM이 오랫동안 지속된 Z⁰ → bb̄ 붕괴에서의 R_b 이상현상을 설명할 수 있는지 평가하기 위해.
• 모든 고전적 보정을 동일한 이론적 정밀도 수준에서 포함하여 SM과 MSSM의 글로벌 피팅을 수행하기 위해.
• MSSM의 자유도 매개변수 수 증가를 고려하여 SM과 MSSM 간의 통계적 유의성과 피팅 적합도를 비교하기 위해.
• 두 모델에서의 기본 매개변수, 예를 들어 αs(MZ)와 sin²θ̂MS의 최신 값들을 추출하기 위해.

제안 방법

• LEP, SLC 및 테바트론의 모든 이용 가능한 전자약력 정밀도 데이터를 포함하여, Z⁰ 붕괴 분해비율과 전후방 비대칭도에 대한 글로벌 피팅 절차를 적용하였다.
• MSSM의 고전적 보정은 SM과 동일한 차수로 계산되어 두 모델 간의 일관된 이론적 처리를 확보하였다.
• CLEO에서의 방사형 보정 b → sγ 붕괴 확률은 주로 스토퍼 및 카이린오 질량에 대한 MSSM 매개변수의 핵심 제약 조건으로 포함되었다.
• 관측된 데이터와 이론적 예측 간의 차이를 최소화하는 χ² 최소화 방법을 사용하여 SM 및 MSSM 프레임워크 내에서 피팅을 수행하였다.
• 이론적 및 실험적 불확도를 고려하여, 특히 R_b 측정치와 그 표준모형 기대치로부터의 이질성에 중점을 두었다.
• 모델 선호도 평가를 위해 베이지안 확률 비교를 사용하였으며, MSSM의 더 많은 자유도 매개변수로 인한 페널티를 적용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 업데이트된 전자약력 데이터가 표준모형에서 R_b 이상현상의 유의성 수준을 어느 정도 감소시키는가?
• RQ2 업데이트된 데이터 이후에도, 가벼운 초대칭 입자를 가진 MSSM이 잔여 R_b 이질성을 완전히 설명할 수 있는가?
• RQ3 SM과 MSSM에서 동일 수준의 고전적 보정을 포함할 경우 글로벌 피팅 품질에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 최신 데이터 하에서 SM과 MSSM에서의 αs(MZ)와 sin²θ̂MS의 최신 값은 무엇인가?
• RQ5 더 많은 자유도 매개변수가 있는 점을 감안할 때, MSSM이 표준모형보다 통계적으로 더 나은 피팅을 제공하는가?

주요 결과

• 업데이트된 전자약력 데이터를 포함한 후 R_b 이상현상의 유의성은 3.2σ에서 1.8σ로 감소하여, 표준모형이 데이터에 적합할 확률이 8%에서 24%로 향상되었다.
• MSSM은 잔여 1.8σ 이질성을 완전히 설명할 수 있지만, 더 많은 자유도 매개변수로 인해 전체 피팅 확률 향상이 크지 않다.
• 표준모형에서 MZ 스케일에서의 강한 결합 상수는 αs(MZ) = 0.120 ± 0.003로 결정되었으며, MSSM에서는 낮은 (높은) tanβ 값일 경우 각각 0.116 ± 0.005 (0.119 ± 0.005)로 추정되었다.
• sin²θ̂MS의 유도된 값은 표준모형에서 0.2317 ± 0.0004, MSSM에서 0.2315 ± 0.0004로 나타나 두 모델 간에 뛰어난 일치를 보였다.
• 개선된 데이터 품질로 인해 R_b의 긴장이 감소하여 현재 틀 안에서 새로운 물리학이 필요한 필요성이 줄어들었지만, MSSM은 잔여 이질성을 설명하는 데 가능성이 있다.
• 이론적으로 매력적이지만, 추가 자유도 매개변수로 인한 페널티로 인해 MSSM은 표준모형보다 더 높은 베이지안 확률을 확보하지 못했다.