[論文レビュー] Implications of LHC Searches on SUSY Particle Spectra: The pMSSM Parameter Space with Neutralino Dark Matter

B. Bilki, M. Battaglia+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 17, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 60被引用数 46

ひとこと要約

本研究では、19パラメータのフォノメノロジカル・MSSM（pMSSM）のフラットスキャンを用い、LHCの探索がスピンゼロ粒子のダークマターを含む超対称粒子スペクトルに与える影響を評価する。1 fb⁻¹および15 fb⁻¹の統合した光度を持つLHCデータは、それぞれグルーギ質量が約520 GeV未塔および約700 GeV未塔のpMSSM点の85％以上を除外しており、弱い力で相互作用するスパーティクルは依然としてほとんど制約を受けていない。これは、LHCが強い力で相互作用する超対称性を顕著に制約した一方で、弱い力で相互作用する状態のための開放的な領域を残していることを示している。

ABSTRACT

We study the implications of LHC searches on SUSY particle spectra using flat scans of the 19-parameter pMSSM phase space. We apply constraints from flavour physics, g_mu-2, dark matter and earlier LEP and Tevatron searches. The sensitivity of the LHC SUSY searches with jets, leptons and missing energy is assessed by reproducing with fast simulation the recent CMS analyses after validation on benchmark points. We present results in terms of the fraction of pMSSM points compatible with all the constraints which are excluded by the LHC searches with 1 fb^{-1} and 15 fb^{-1} as a function of the mass of strongly and weakly interacting SUSY particles. We also discuss the suppression of Higgs production cross sections for the MSSM points not excluded and contrast the region of parameter space tested by the LHC data with the constraints from dark matter direct detection experiments.

研究の動機と目的

• LHCの超対称性探索が、モデルの制約に依存しない19パラメータのpMSSMパラメータ空間全体に与える影響を評価すること。
• 1 fb⁻¹および15 fb⁻¹の光度を持つLHCデータが、特にニュートラリノダークマターの文脈において、強い力で相互作用するおよび弱い力で相互作用する超対称性粒子をどの程度制約するかを評価すること。
• ダークマター直接検出（例：Xenon 100）およびフラバー物理学からの制約と比較して、LHC探索の感度を評価すること。
• LHCによる除外後も、生存可能で低微調整のpMSSM点が残っているかどうかを調査し、ヒッグス信号強度の抑制効果を検討すること。
• 特にゲージノおよび Slepton 閾値を標的にするレプトン衝突加速器の今後の計画のベンチマークを提供すること。

提案手法

• 19パラメータのパラメータ空間全体にわたる2500万点のpMSSM点に対するフラットスキャンを実施し、事前確率の重み付けや尤度最適化は行わない。
• 有用な点を選別するために、フラバー物理学、$g_\mu - 2$、リリッククルードマター密度（$\Omega_{\mathrm{DM}}h^2$）、LEP/Tevatronの制約からの制約を適用した。
• 各点について、CMSの超対称性探索解析（ジェット、レプトン、欠落エネルギー）を再現するための高速シミュレーションを実施し、公式のCMSベンチマーク点で妥当性を検証した。
• 重要度サンプリングや尤度重み付けを用いず、グルーギおよび他のスパーティクル質量の関数として除外率を計算した。
• 微調整は、標準的な$\Delta = \left[ \delta(\mu)^2 + \delta(b)^2 + \delta(M_{H_u}^2)^2 + \delta(M_{H_d}^2)^2 \right]^{1/2} $の定義により定量化した。
• 受理されたサンプル全体にわたって、MSSMとSMの予測における$gg \to h^0 \to \gamma\gamma$断面積の比較により、ヒッグス信号強度を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1 fb⁻¹および15 fb⁻¹のLHCデータが、グルーギ質量が520 GeV未塔および700 GeV未塔のpMSSM点をどの程度除外するか？
• RQ2 Xenon 100のようなダークマター直接検出実験からの制約と比較して、LHC探索による制約はpMSSMでどの程度異なるか？
• RQ3 特に弱い力で相互作用するスパーティクルのための、LHCの除外後も依然として生存可能なpMSSMパラメータ空間の領域は顕著に残っているか？
• RQ4 LHCおよびダークマター制約に適合する残存pMSSM点における微調整の分布はどのようになっているか？
• RQ5 残存可能なpMSSM点において、MSSMにおけるヒッグスボソン生成断面積がSMに比べてどの程度抑制されているか？

主な発見

• 1 fb⁻¹のLHCデータは、グルーギ質量が約520 GeV未塔のpMSSM点の85％以上を除外している。
• 15 fb⁻¹のデータでは、グルーギ質量が約700 GeVまで制約が及ぶことが示され、強い力で相互作用する超対称性粒子に対する強い制約が得られている。
• 弱い力で相互作用するスパーティクル（例：チャリノ、ニュートラリノ、スレプトン）に関しては、400 GeV未塔の質量を持つ受理されたpMSSM点の約50％が、15 fb⁻¹のデータ後も除外されていない。
• 500 GeVを超える弱い力で相互作用するスパーティクルのパラメータ空間の領域は、現在のLHCデータの影響をほとんど受けていない。これは、CMSSMのような制約モデルとは対照的である。
• LHCおよびXenon 100の直接検出制約に適合するpMSSM点の大部分は、低～中程度の微調整を示しており、除外後には微調整の分布が高めの値にシフトしている。
• 生存可能なpMSSM点において、MSSMにおける$gg \to h^0 \to \gamma\gamma$信号強度は、SMに比べて2倍以上抑制される場合があり、ヒッグスボソンの検出可能性に影響を与える。