[論文レビュー] Post LHC7 SUSY benchmark points for ILC physics

Howard Baer, Jenny List|arXiv (Cornell University)|May 31, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 78被引用数 9

ひとこと要約

本稿は、LHC7のデータを踏まえ、国際線形加速器（ILC）のための新しいベンチマーク超対称性（SUSY）モデルを提案する。自然なSUSY、隠れたSUSY、非一様ゲージノ質量のシナリオに焦点を当て、LHC7が多くの伝統的SUSYスペクトルを除外したにもかかわらず、ILCエネルギー（0.25–1 TeV）で検出可能な軽いヒッグスティノとヒッグスボソンを予測する。これにより、ILCは「ヒッグスティノ工場」としての役割を果たし、自然性と125 GeVのヒッグス信号の主要なプローブとなる。

ABSTRACT

We re-evaluate prospects for supersymmetry at the proposed International Linear $e^+e^-$ Collider (ILC) in light of the first year of serious data taking at LHC with $\sqrt{s}=7$ TeV and $\sim 5$ fb$^{-1}$ of $pp$ collisions (LHC7). Strong new limits from LHC SUSY searches, along with a hint of a Higgs boson signal around $m_h\sim 125$ GeV, suggest a paradigm shift from previously popular models to ones with new and compelling signatures. We present a variety of new ILC benchmark models, including: natural SUSY, hidden SUSY, NUHM2 with low $m_A$, non-universal gaugino mass (NUGM) model, pMSSM, Kallosh-Linde model, Brümmer-Buchmüller model, normal scalar mass hierarchy (NMH) plus one surviving case from mSUGRA/CMSSM in the far focus point region. While all these models at present elude the latest LHC limits, they do offer intriguing case study possibilities for ILC operating at $\sqrt{s}\sim 0.25-1$ TeV, and present a view of some of the diverse SUSY phenomena which might be expected at both LHC and ILC in the post LHC7 era.

研究の動機と目的

• LHC7の直接的SUSY信号の欠如と125 GeVのヒッグス信号の兆候を踏まえ、ILCの物理学的展望を再評価すること。
• LHC7の制限を回避しつつ、ILCで√s ≈ 0.25–1 TeVで検出可能なSUSYモデルを同定すること。
• 自然性に起因する、隠れた、非最小のモデルを含む多様なSUSYフェノメノロジーのベンチマークポイントを構築すること。
• LHCではほとんど検出不能な軽いヒッグスティノを、ILCで検出する挑戦に応えること。
• 125 GeVのヒッグス信号と自然性に整合するモデルを強調し、LHC7以降のILC物理学のロードマップを提示すること。

提案手法

• 5 fb⁻¹の7 TeVデータと1400 GeVのグルーギノ制限を含む、更新されたLHC7制限を用いてSUSYパラメータ空間を再分析する。
• 自然なSUSY、隠れたSUSY、NUHM2、NUGM、pMSSM、Kallosh-Linde、Brümmer-Buchmüller、NMHの複数のSUSYフレームワークにわたるベンチマークポイントを構築する。
• ゲージ結合定数の統一と(g-2)μの異常を満たすために、統合群の走査と高精度電弱フィットを適用する。
• 特にヒッグスティノ様状態の高レート生成を介して、ILCの発見可能性を評価する。
• 二光子背景に対して検出可能性を模擬するため、運動量の小さい光子と運動量のないエネルギーを伴う最終状態をモデル化する。
• リリック密度、ヒッグス質量、コライダー制限を検証し、125 GeVのヒッグス信号と整合性を保つようにベンチマークポイントを妥当化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 グルーギノが1400 GeV未満、一部のシナリオでスクアーカーが800 GeV未満で除外されたLHC7以降、どのSUSYモデルが依然として妥当性を保っているか？
• RQ2 自然性駆動のスペクトルと軽いヒッグスティノを有するモデルで、125 GeVのヒッグス信号をどのように説明できるか？
• RQ3 LHCではほとんど検出不能な軽いヒッグスティノ様チャリンォとニュートラリノを、ILCはどのように検出可能にするか？
• RQ4 低スケールSUSY破れと小さなヒッグスティノ質量ギャップを有するモデルにおいて、ILC（√s ≈ 0.25–1 TeV）での主なシグネチャーや発見チャネルは何か？
• RQ5 NUGMやKallosh-Lindeのような非最小SUSYモデルは、LHCで除外されたにもかかわらず、ILCで特徴的かつ検証可能なシグネチャーを提供できるか？

主な発見

• 本稿は、自然なSUSYや隠れたSUSYを含む複数のSUSYモデルにおいて、LHC7の制限を回避しつつILCエネルギーで検出可能なベンチマークポイントのセットを同定した。
• いくつかのモデルで、軽いヒッグスティノ（mχ±₁, mχ⁰₂ ≈ 100–200 GeV）が予測され、LHCでは検出不能であるが、ILCは「ヒッグスティノ工場」としての可能性を有する。
• NUHM2モデルにおけるベンチマークポイント（mA ≈ 100–200 GeV）は、ILCで検出可能なAおよびHヒッグスボソンを予測し、重いヒッグスの発見チャネルを提供する。
• NUGMモデルでは、チャリンォ対生成後にW± + χ̃⁰₁に崩壊することで、W+W− + /Eₜ イベントが得られ、ILCの特徴的なシグネチャーとなる。
• Kallosh-Lindeモデルでは、ほぼ縮退したウィノ様チャリンォ（Δm ≈ 0.33 GeV）を有し、長い崩壊長を示し、ソフトパイオン軌跡やずれた頂点による検出が可能である。
• mSUGRA/CMSSMのファーオーバーフォーカスポイント領域に残存するベンチマークでは、mₕ ≈ 125 GeVで第3世代スクアーカーが約15 TeVにあり、バイノ-ヒッグスティノ混合チャリンォ対生成がILCで可能となり、スペクトルの高精度なプローブが可能となる。