[論文レビュー] The $B-L$ Supersymmetric Standard Model with Inverse Seesaw at the Large Hadron Collider

Shaaban Khalil, Stefano Moretti|arXiv (Cornell University)|Mar 27, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、逆ミラー効果を介して軽いニュートリノ質量を自然に生成すると同時にB-Lゲージ対称性を保存するTeVスケールのMSSM拡張、B-L超対称標準模型（BLSSM-IS）を提案する。このモデルはLHCで観測可能な特徴的な署名を予測しており、$Z'$ボソン、$\gamma\gamma$および$ZZ$崩壊が強化された第二の軽いCP偶性ヒッグス粒子（$h'$）、および重いニュートラリノを含む。これらは、Run 1のデータで観測された137–145 GeVの二光子過剰現象を説明する有効な候補である。

ABSTRACT

We review the TeV scale $B-L$ extension of the Minimal Supersymmetric Standard Model (BLSSM) where an inverse seesaw mechanism of light neutrino mass generation is naturally implemented and concentrate on its hallmark manifestations at the Large Hadron Collider (LHC).

研究の動機と目的

• 逆ミラー効果機構を用いて、軽いニュートリノ質量を生成する最小限の$B-L$モデルの超対称拡張を構築すること。
• 特にRun 2のデータとヒッグス系の異常を含めたLarge Hadron Collider（LHC）におけるBLSSM-ISの素粒子的妥当性を調査すること。
• MSSMや他のBSMシナリオと区別できる、$Z'$、重いニュートラリノ、および第二の軽いヒッグス粒子といった特徴的なLHCシグネチャを同定すること。
• 特にRun 1で観測された137–145 GeVの二光子過剰現象を含め、現在のLHCデータとモデルの整合性を評価すること。
• 逆ミラー効果機構がType-Iミラー効果における極めて小さなヤコビ係数の制約を回避できることを示し、TeVスケールでの検証可能性を実現すること。

提案手法

• 逆ミラー効果機構を実装するため、MSSMに2つの標準模型ノーカー（$\chi_1, \chi_2$）と3世代分の標準模型ノーカー超対称スピン系（$\nu_i, s_{1i}, s_{2i}$）を追加することで、BLSSM-ISのラグランジュアンを構築する。
• mSugraに類似た高エネルギースケールの初期条件から出発し、RGE駆動による電弱対称性の破れ（EWSB）を実装し、TeVスケールでの超対称性破れスケールと整合性を保つ。
• 超ポテンシャルとソフト対称性破れ項を用いて、$Z'$、ヒッグス系（第二のCP偶性ヒッグス$\tilde{h}$を含む）、およびニュートラリノ（重い$\nu_h$および$s_1$状態を含む）の質量行列を導出する。
• $gg \to h'$および$VBF$モードにおける$h'$の生成断面積と崩壊分支比を計算し、特に$\gamma\gamma$および$ZZ$最終状態に注目する。
• CMSおよびATLASの$\sqrt{s} = 8$ TeVでの観測データと比較し、125 GeVおよび136.5 GeVの周辺で背景を差し引いたイベント数を用いて、予測された二光子イベントレートを評価する。
• モデルが$\gamma Z$崩壊制約やその他のLHC制限と整合しているかを評価し、パラメータ空間全体で妥当性を確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 BLSSM-ISモデルにおける逆ミラー効果機構は、TeVスケールでの超対称性およびLHC制限と整合しながら、軽いニュートリノ質量を生成できるか？
• RQ2 BLSSM-ISフレームワークにおいて、$Z'$、重いニュートラリノ、および第二の軽いヒッグス粒子（$h'$）の特徴的なLHCシグネチャは何か？
• RQ3 BLSSM-ISモデルは、LHCのRun 1で観測された137–145 GeVの二光子共鳴過剰現象を説明する有効な候補となるか？
• RQ4 BLSSM-ISにおける$h'$ボソンは、質量、結合定数、崩壊レートの観点から、MSSMのヒッグス系とどのように異なるか？
• RQ5 BLSSM-ISモデルは、$\gamma\gamma$、$ZZ$、$\gamma Z$崩壊チャネルを含め、現在のLHCデータとどの程度整合しているか？

主な発見

• BLSSM-ISモデルは、136.5 GeVの質量を持つ第二の軽いCP偶性ヒッグス粒子（$h'$）を予測しており、これはRun 1データで観測された137–145 GeVの二光子過剰現象と整合する。
• モデルは$h' \to \gamma\gamma$崩壊モードに顕著な強化を予測しており、$\sqrt{s} = 8$ TeVにおける131–141 GeVの質量窓で予想されるイベント数は約177件であり、CMSが観測した170件と一致する。
• $h'$ボソンは$ZZ$崩壊レートの強化も示しており、二光子チャンネルと併せて、将来的な発見に向けた補足的シグネチャを提供する。
• モデルの$Z'$ボソンは、重いニュートラリノの崩壊によって生成され、検出可能なレプトン的およびハドロン的最終状態をもたらすため、LHCにおける$Z'$の発見に明確なシグネチャを提供する。
• 逆ミラー効果機構により、Type-Iミラー効果における極めて小さなヤコビ係数の必要性を回避でき、モデルがTeVスケールで素粒子的実現可能であることを示している。
• モデルは$\gamma Z$チャネルにおいても現在のLHC制限と整合しており、研究したパラメータ空間で顕著な矛盾は認められない。