[論文レビュー] The SM and SUSY after the 2011 LHC results

Guido Altarelli|arXiv (Cornell University)|Jun 7, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 72被引用数 6

ひとこと要約

この論文は2011年のLHC結果をレビューし、標準模型のヒッグス粒子と超対称性（SUSY）に焦点を当てる。SMヒッグス粒子の質量に対する除外限界を分析し、二重光子および4レプトン崩壊チャンネルにおける125 GeVの魅力的な信号を特定し、特にNMSSMおよびλ-SUSYモデルが125 GeVのヒッグス粒子を、低減された微調整で実現可能であることを議論する。主な結果は、SMヒッグス粒子は125 GeV前後（非常に軽い）または600 GeV以上（非常に重い）である可能性が高く、2012年のデータが得られるまで125 GeVの信号が最も有望な候補のまま残っていることである。

ABSTRACT

We present a short review of the LHC results at 7 TeV and their implications on the Standard Model (SM) and on its Supersymmetric (SUSY) extension. In particular we discuss the exclusion range for the SM Higgs mass, the tantalizing hint of an excess at $m_H \sim 125$ GeV, the negative results of searches for SUSY particles (as well as for any other new physics) and the present outlook.

研究の動機と目的

• 2011年のLHCデータが標準模型ヒッグス粒子およびその超対称的拡張に与える影響を評価すること。
• γγおよび4l最終状態における観測された125 GeVの過剰が、SMヒッグス粒子であるか、新しい物理状態であるかの重要性を評価すること。
• NMSSMやλ-SUSYのようなモデルが、微調整を低減させながら125 GeVのヒッグス粒子をどのように実現できるかを調査すること。
• SUSY信号の不在が、標準模型を超える理論的モデルに与える影響を分析すること。
• ヒッグス機構が存在しない場合のユニタリティ違反の理論的および現象論的結果を検討すること。

提案手法

• ATLASおよびCMSによる、さまざまな質量範囲におけるSMヒッグス粒子の95%信頼水準での除外限界の分析。
• 約125 GeVにおけるγγおよび4l最終状態での観測過剰と、SMおよびSUSY予測との比較。
• 電弱精度テストおよび自然性の議論によるヒッグス質量制約の評価。
• μ問題を解決し、ヒッグスカップリングを変更可能にする追加のシングレットヒッグス粒子を有するNMSSMフレームワークの研究。
• 大きな結合定数λを許容するλ-SUSY領域の調査、ここではスフェルミオンが軽く、微調整が低減される。
• 拡張されたヒッグス系における物理的ヒッグス固有状態を記述する2×2混合行列の使用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 γγおよび4l最終状態における125 GeVの過剰は、SMヒッグス粒子であるか、新しい物理状態であるか、一貫しているか？
• RQ2 NMSSMやλ-SUSYモデルは、MSSMと比較して、微調整を低減させながら125 GeVの信号を説明できるか？
• RQ3 SUSY信号の不在が、自然なSUSYモデルの妥当性に与える影響は何か？
• RQ4 縦方向のW/Z散乱におけるユニタリティ制約は、TeVスケールでのヒッグス粒子または代替的新物理の存在をどのように制限するか？
• RQ5 観測された125 GeVのヒッグスに似た状態が、ゲージボソンへのカップリングが抑制された混合ヒッグス系における重い固有状態である可能性はあるか？

主な発見

• SMヒッグス粒子は95%信頼水準で、ATLAS（110–117.5、118.5–122.5、129–539 GeV）およびCMS（127.5–600 GeV）の範囲で除外され、125 GeV付近の狭い窓が残っている。
• ATLASおよびCMSの両方で、約125 GeVにおけるγγチャンネルで2.8σ、4lチャンネルで2.9σの合成過剰が観測され、WWおよびbbチャンネルでも追加の兆候が見られる。
• 125 GeVの信号はSMヒッグス予測と整合的であり、SMおよびSUSY拡張、特にNMSSMと両立可能である。
• SUSY信号の不在は、SUSYが非最小的モデル（例：重いスフェルミオンを伴う）で実現されているか、あるいは自然性が指針ではない可能性を示唆する。
• NMSSMおよびλ-SUSYモデルでは、スフェルミオン質量が1 TeVを超える場合でも、125 GeVのヒッグス粒子を、顕著に低減された微調整で実現可能である。
• 125 GeVの状態は、ゲージボソンへのカップリングが抑制された混合ヒッグス系における重いヒッグス固有状態である可能性があり、観測された信号強度と整合的である。