[論文レビュー] Updated global fits of the SM and MSSM to electroweak precision data

W. De Boer, W.M. Mösle+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 30, 1996

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、更新されたLEP、SLC、Tevatron、CLEOのデータを含む電弱精度測定データに対して、標準模型（SM）および最小超対称標準模型（MSSM）のグローバルフィットを実施する。R_b異常—以前は3.2σの乖離—は1.8σに低下し、SMの適合確率は8%から24%に向上したが、MSSMは残存する偏差を説明できるものの、パラメータ数の増加により全体のフィット品質は著しく向上しない。

ABSTRACT

The Minimal supersymmetric extension of the Standard Model (MSSM) with light stops, charginos or pseudoscalar Higgs bosons has been suggested as an explanation of the too high value of the branching ratio of the $Z^0$ boson into $b$ quarks ($R_b$ anomaly). A program including all radiative corrections to the MSSM at the same level as the radiative corrections to the SM has been developed and used to perform global fits to all electroweak data from LEP, SLC and the Tevatron and the radiative b->sgamma decay from CLEO. Recent updates on electroweak data, which have been presented at the Warsaw Conference in summer 1996, reduce the R_b anomaly from a 3.2 \\sigma to a 1.8 \\sigma effect, which improves the probability in the SM from 8% to 24%. Although the MSSM can fully explain the remaining deviation of R_b from the SM value, its probability is not better because of the larger number of free parameters. The best fitted value of the strong coupling constant at the M_Z scale in the {MS} renormalization scheme is 0.120\\pm0.003 for the SM and 0.116\\pm0.005 (0.119\\pm0.005) for the MSSM with low (high) values of tan beta. The derived quantity \\sin^2\ heta_{MS} equals 0.2317\\pm0.0004 (0.2315\\pm0.0004) for the SM (MSSM).

研究の動機と目的

• 1996年ワルシャワ会議で提示された更新測定値を踏まえて、電弱精度測定データを再評価すること。
• 軽いストップ、チリノ、または準スカラーヒッグス粒子を伴うMSSMが、Z⁰ → bb̄崩壊における長年のR_b異常を説明できるかどうかを評価すること。
• すべての放射修正を同じ理論的精度水準で含めたSMおよびMSSMのグローバルフィットを実施すること。
• MSSMの自由パラメータ数の増加を考慮しつつ、SMとMSSMの統計的有意水準およびフィットの良さを比較すること。
• 両モデルにおけるαs(MZ)およびsin²θ̂MSの更新された基本パラメータ値を抽出すること。

提案手法

• LEP、SLC、Tevatronからのすべての利用可能な電弱精度測定データ（Z⁰崩壊分岐比および前後方向非対称性を含む）に対して、グローバルフィッティング手順を適用した。
• MSSMにおける放射修正は、SMと同一の次数で計算され、両モデル間での理論的取り扱いの整合性を確保した。
• CLEOによる放射修正b → sγ崩壊率が、特にストップおよびチリノ質量のMSSMパラメータに対する主要な制約条件として取り入れられた。
• 観測データと理論的予測との間の差を最小化するχ²最小化法を用いて、SMおよびMSSMフレームワークでフィットを実施した。
• 理論的および実験的不確実性を考慮し、特にR_b測定値とSM予測との乖離に注目した。
• モデルの好ましさを評価するためにベイズ確率比較が用いられ、MSSMの自由パラメータ数の増加をペナルティとして反映した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 更新された電弱データにより、標準模型におけるR_b異常の有意水準はどの程度低下するか？
• RQ2 MSSMが軽い超対称粒子を伴う場合、データ更新後の残存するR_b偏差を完全に説明できるか？
• RQ3 SMおよびMSSMの両モデルで同じレベルの放射修正を含めることで、グローバルフィット品質にどのような影響を与えるか？
• RQ4 新しいデータ下でのSMおよびMSSMにおけるαs(MZ)およびsin²θ̂MSの更新された値は何か？
• RQ5 MSSMの自由パラメータ数の増加にもかかわらず、SMよりも統計的に優れたフィットをMSSMが達成できるか？

主な発見

• 更新された電弱データの取り入れにより、R_b異常は3.2σから1.8σに低下し、SMがデータに適合する確率は8%から24%に向上した。
• MSSMは残存する1.8σのR_b偏差を完全に説明可能であるが、自由パラメータ数の増加により、全体のフィット確率の著しい向上は得られない。
• SMではMZスケールにおける強い結合定数はαs(MZ) = 0.120 ± 0.003と決定された。MSSMでは、低（高）tanβ値に対してそれぞれ0.116 ± 0.005（0.119 ± 0.005）であった。
• sin²θ̂MSの導出値はSMで0.2317 ± 0.0004、MSSMで0.2315 ± 0.0004であり、両モデル間で極めて良好な一致を示した。
• データ品質の向上によりR_bの緊張が緩和され、現在の枠組み内では新物理の必要性が薄らいだが、MSSMは残存偏差の説明には依然として妥当である。
• 理論的魅力は高いが、追加の自由パラメータによるペナルティのため、MSSMはSMに比べてベイズ確率が優れていない。