[論文レビュー] Muon g-2, 125 GeV Higgs and Neutralino Dark Matter in sMSSM

K. S. Babu, Ilia Gogoladze+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 26, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 10被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、7つの物性パラメータを持つ、フレーバー対称性に基づく最小超対称標準模型（sMSSM）フレームワークを提案する。このモデルは、ミュオンの $g-2$ 異常、125 GeVのヒッグスボソン質量、観測された中性ノー暗黒物質の残存密度を同時に説明する。最初の2つのスフェルミオン世代の非ユニフォームなソフト質量を許容しながらもフレーバー対称性を保つことで、3つの観測量を一貫して適合させ、グルーギノおよび最初・第二世代のクォークスーパーパarticle質量が2 TeV未塔に予測され、LHCでテスト可能である。

ABSTRACT

We discuss the sparticle (and Higgs) spectrum in a class of flavor symmetry-based minimal supersymmetric standard models, referred to here as sMSSM. In this framework the SUSY breaking Lagrangian takes the most general form consistent with a grand unified symmetry such as SO(10) and a non-Abelian flavor symmetry acting on the three families with either a 2+1 or a 3 family assignment. Models based on gauged SU(2) and SO(3) flavor symmetry, as well as non-Abelian discrete symmetries such as S_3 and A_4, have been suggested which fall into this category. These models describe supersymmetry breaking in terms of seven phenomenological parameters. The soft supersymmetry breaking masses at M_GUT of all sfermions of the first two families are equal in sMSSM, which differ in general from the corresponding third family mass. In such a framework we show that the muon g-2 anomaly, the observed Higgs boson mass of ~ 125 GeV, and the observed relic neutralino dark matter abundance can be simultaneously accommodated. The resolution of the muon g-2 anomaly in particular yields the result that the first two generation squark masses, as well the gluino mass, should be

研究の動機と目的

• ミュオンの異常磁気モーメント（$g-2$）における長年の不一致を、超対称性フレームワーク内で解消すること。
• 低スケール超対称性モデルにおいて、観測された約125 GeVのヒッグスボソン質量を同時に適合させること。
• フレーバー対称性や $R$-奇性を破らない範囲で、中性ノー暗黒物質の正しい残存密度を達成すること。
• 制約付きMSSM（cMSSM）の代替として、理論的に妥当な、対称性に基づく、パrameter空間が削減された代替モデルを構築すること。
• LHCでのテスト可能な予測、特にグルーギノおよび最初・第二世代クォークスーパーパarticle質量について特定すること。

提案手法

• sMSSMフレームワークは、グランド統一対称性（例：$SO(10)$）と非アーベルなフレーバー対称性（例：$SU(2)$、$SO(3)$、$S_3$、$A_4$）を用いて構築され、フレーバー変換中性カラーモードを抑制する。
• 超対称性の破れは、これらの対称性と整合する一般ラグランジアンによって記述され、GUTスケールで7つの物性パラメータが得られる。
• 最初の2つのスフェルミオン世代のソフト質量は互いに統一されているが、第3世代とは異なっており、cMSSMのユニフォーム性を破る。
• 数値スキャンは、micrOMEGAsを用いて残存暗黒物質密度を計算し、SARAHを用いてスペクトルを生成し、$g-2$ の計算を行う。
• 残存暗黒物質密度に一致する領域を特定するため、共存化チャネル（スミューオン、ミューオンスネュートリノ、ストー、$A$-ファンネル）を分析する。
• $B$物理学、$g-2$、LHCの制約を適用して、妥当なパラメータ空間を制限する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ミュオン $g-2$ 異常は、125 GeVのヒッグスボソン質量を説明する超対称性モデルでも解消可能か？
• RQ2 非ユニフォームなスフェルミオン質量フレームワークにおいて、中性ノー暗黒物質の正しい残存密度を達成することは可能か？
• RQ3 フレーバー対称性がスパーティクルスペクトルおよび低スケール超対称性の妥当性に与える影響は何か？
• RQ4 色を持つスパーティクルに対するLHCの制約は、sMSSMのパラメータ空間をどのように制限するか？
• RQ5 スレプトンおよびヒッグジノを含む共存化メカニズムは、$g-2$ およびヒッグス質量の制約を満たしつつ、観測された暗黒物質密度を説明できるか？

主な発見

• sMSSMフレームワークは、ミュオン $g-2$ 異常、125 GeVのヒッグスボソン質量、および正しい中性ノー暗黒物質残存密度を同時に説明するに成功した。
• 最初および第二世代クォークスーパーパarticle質量、およびグルーギノ質量は、$g-2$ 異常を解消するために $\lesssim$ 2 TeVに制限され、LHCでテスト可能である。
• モデルは相対的に大きな $\tan\beta > 15$ を好むが、これは正しい暗黒物質残存密度および $g-2$ 値を達成するのに役立つ。
• スミューオン、ミューオンスネュートリノ、およびストー状態による共存化は実現可能であるが、ストップの共存化はこの設定では好ましくない。
• $A$-ファンネル状況は可能ではあるが、スキャンにおける統計的制限のため、顕著に見つかっていない。
• $g-2$、スパーティクル質量、$B$物理学の制約がすべて満たされるベンチマークポイントが特定され、一部のポイントでは、近い将来の実験で検出可能な大きなスピン非依存およびスピン依存の中性ノー核子断面積を予測している。