[论文解读] Implications of SUSY Searches at the LHC for the ILC

S. Heinemeyer|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 53被引用 4

一句话总结

本文利用质子对撞1 fb⁻¹的LHC数据，以及电弱精确测量、B物理、暗物质密度和XENON100的约束，更新了CMSSM和NUHM1超对称模型的全球拟合。结果表明，LHC结果，特别是超对称粒子未被观测到以及125 GeV处的希格斯玻色子，使首选的超对称质量尺度显著提高，导致拟合优度下降，对未来的e⁺e⁻对撞机（如ILC(1000)）中CMSSM和NUHM1的可行性构成挑战。

ABSTRACT

Global frequentist fits to the CMSSM and NUHM1 using the MasterCode framework are updated to include the public results of searches for supersymmetric signals using \sim 1/fb of LHC data recorded by ATLAS and CMS and \sim 0.3/fb of data recorded by LHCb. We also include the constraints imposed by the electroweak precision and B-physics observables, the cosmological dark matter density and the XENON100 search for spin-independent dark matter scattering. Finally we also investigate the impact of a possible Higgs signal around 125 GeV. The various constraints set new bounds on the parameter space of the CMSSM and the NUHM1. We discuss the impact of the new results from SUSY and Higgs searches for these bounds and analyze the impact for a future liner e^+e^- collider.

研究动机与目标

• 评估LHC对SUSY和希格斯玻色子的搜索结果对CMSSM和NUHM1超对称模型可行性的影响。
• 评估电弱精确测量、B物理、暗物质密度和XENON100约束对这些模型参数空间的影响。
• 确定这些更新后的约束对未来的线性e⁺e⁻对撞机（如ILC(1000)）物理潜力的影响。
• 量化由于LHC数据导致首选超对称质量尺度的偏移及其对拟合质量的恶化程度。
• 探讨低能观测（如(g-2)μ）与LHC排除限之间的张力是否意味着需要重新审视非简并或非最小的SUSY模型。

提出的方法

• 使用MasterCode框架对实验和理论约束进行全局频frequentist χ²拟合。
• 构建一个全局χ²函数，综合SM可观测量、SUSY搜索极限、希格斯质量、BR(Bs→μμ)和暗物质约束。
• 将SM参数（Δαhad、mt、MZ）作为具有实验不确定度的拟合参数，以提高统计稳健性。
• 通过Δχ² = 2.23（68%）和5.99（95%）确定参数空间中的允许区域。
• 整合ATLAS、CMS和LHCb（1 fb⁻¹）的LHC数据、XENON100的自旋无关暗物质限制以及125 GeV希格斯信号。
• 对m₀、m₁/₂、A₀和tanβ进行扫描，以推导关键产生阈值的最佳拟合点和似然函数。

实验结果

研究问题

• RQ1 最新的LHC SUSY搜索（1 fb⁻¹）和125 GeV希格斯信号如何约束CMSSM和NUHM1的参数空间？
• RQ2 这些约束对超对称粒子（特别是最轻的中性ino和带电higgsino）首选质量尺度有何影响？
• RQ3 与LHC之前的结果相比，包含LHC和希格斯数据后，拟合优度（χ²/d.o.f.）和拟合概率如何变化？
• RQ4 当前约束在多大程度上挑战了CMSSM和NUHM1在ILC(1000)上实现发现的可行性？
• RQ5 是否存在非简并或非最小SUSY模型可能需要以调和低能观测与LHC排除限之间张力的迹象？

主要发现

• 在CMSSM中，最佳拟合点从LHC前的m₁/₂ ≈ 360 GeV提升至包含125 GeV希格斯信号和LHC SUSY数据后的1800 GeV。
• 在NUHM1中，相同条件下最佳拟合m₁/₂从340 GeV提升至830 GeV，表明首选SUSY尺度显著上移。
• CMSSM中的拟合概率从LHC前的37%下降至13%（含希格斯信号后），NUHM1中从29%降至13%，表明与数据的张力加剧。
• CMSSM中的χ²/d.o.f.从21.5/20（LHC前）上升至30.6/23（含希格斯信号），NUHM1中从20.8/18上升至29.7/22，反映出拟合优度恶化。
• e⁺e⁻碰撞中成对产生阈值被推至更高能量：μ̃Rμ̃R阈值的χ²似然在两个模型中均在500 GeV以上达到峰值，χ±₁χ∓₁阈值则在约1700 GeV处被偏好。
• 在两个模型中，第一代和第二代标量夸克对产生阈值均超过2.5 TeV，表明当前数据强烈排斥这些态的存在。