[论文解读] Constrained Supersymmetry after the Higgs Boson Discovery: A global analysis with Fittino

P. Bechtle, K. Desch+10 more|arXiv (Cornell University)|Oct 11, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 12被引用 26

一句话总结

本文使用 Fittino 框架对约束性最小超对称标准模型（CMSSM）进行了全局拟合，整合了 LHC 的排除极限、LHC 和 Tevatron 的希格斯玻色子质量与信号率测量结果，以及低能观测数据。引入希格斯信号率后，拟合质量得到改善，但可行参数空间仍高度受限，最佳拟合点位于 $ M_0 = 504 $ GeV，$ M_{1/2} = 1016 $ GeV，$ A_0 = -2870 $ GeV，$ \tan\beta = 18 $，且 $ \chi^2/\text{ndf} = 49.6/59 $，表明 CMSSM 越来越难以与含暗物质的标准模型相区分。

ABSTRACT

We present preliminary results from the latest global fit analysis of the constrained minimal supersymmetric standard model (CMSSM) performed within the Fittino framework. The fit includes low-energy and astrophysical observables as well as collider constraints from the non-observation of new physics in supersymmetric searches at the LHC. Furthermore, the Higgs boson mass and signal rate measurements from both the LHC and Tevatron experiments are included via the program HiggsSignals. Although the LHC exclusion limits and the Higgs mass measurements put tight constraints on the viable parameter space, we find an acceptable fit quality once the Higgs signal rates are included.

研究动机与目标

• 在希格斯玻色子发现后，确定整合所有可用实验约束条件下 CMSSM 的可行参数空间。
• 评估低能、天体物理和对撞机观测在 CMSSM 框架下的自洽性。
• 评估希格斯信号率测量对全局拟合质量与参数约束的影响。
• 研究 LHC 排除极限、希格斯质量测量与μ子反常磁矩之间在 CMSSM 中的张力。
• 利用更新的实验数据与统计工具，对 CMSSM 的可行性进行定量评估。

提出的方法

• Fittino 框架采用自适应马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）算法，对包含约 $ 10^8 $ 次扫描点的 5 维 CMSSM 参数空间进行采样。
• SPheno-3.1.11 计算超对称粒子谱，FeynHiggs-2.9.4 计算希格斯粒子质量与耦合常数。
• HiggsSignals-1.0.0 评估来自 LHC 和 Tevatron 的希格斯信号率与质量测量对 $ \chi^2 $ 的贡献。
• HiggsBounds-3.8.1 通过重构的 $ \chi^2 $ 似然函数，整合 LEP、Tevatron 和 LHC 希格斯搜索的排除极限。
• MicrOMEGAs-2.4.5 与 DarkSUSY-5.0.5 计算暗物质遗迹密度与直接探测约束。
• AstroFit 与 SuperIso-3.3 包含来自 $ B_s \to \mu\mu $、$ B \to \tau\nu $ 与 $ a_\mu^{\text{SUSY}} $ 的约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 在整合所有当前实验约束后，CMSSM 的可行参数空间是什么？
• RQ2 希格斯玻色子信号率测量与 CMSSM 预测的符合程度如何？
• RQ3 LHC 排除极限与希格斯质量测量在多大程度上约束了 CMSSM 参数空间？
• RQ4 在 CMSSM 中，μ子反常磁矩与 LHC 排除极限之间是否存在张力？
• RQ5 CMSSM 能否在与暗物质和味物理一致的前提下，解释观测到的希格斯玻色子性质？

主要发现

• 最佳拟合点位于 $ M_0 = 504 $ GeV，$ M_{1/2} = 1016 $ GeV，$ A_0 = -2870 $ GeV，$ \tan\beta = 18 $，且 $ \chi^2/\text{ndf} = 49.6/59 $，表明拟合质量良好。
• 由于与观测到的希格斯玻色子质量更相容，选择轻τ子共湮灭区域而非聚焦点区域。
• 倾向于较大的负 $ A_0 $ 值，以最大化顶夸克混合，而 $ A_0 = 0 $ 不被青睐。
• 希格斯玻色子部分衰变宽度与标准模型的偏差不超过 $ \sim 3\% $，使得通过希格斯信号率探测 CMSSM 极其困难。
• 最轻的希格斯玻色子为标准模型类似，质量与观测结果一致，而重希格斯扇区已解耦，质量 $ \gtrsim 1 $ TeV。
• 典型标量夸克质量尺度约为 $ \sim 2 $ TeV，其中 $ \tilde{t}_1 $ 轻至 $ \gtrsim 750 $ GeV，而最轻的中性子与轻τ子几乎 degenerate，质量为 $ 350-600 $ GeV。