[论文解读] Implications of LHC Searches on SUSY Particle Spectra: The pMSSM Parameter Space with Neutralino Dark Matter

B. Bilki, M. Battaglia+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 17, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 60被引用 46

一句话总结

本研究通过19个参数的唯象MSSM（pMSSM）平坦扫描，评估了LHC搜寻对超对称粒子谱的影响，重点关注中性子暗物质。结果表明，LHC数据在1 fb⁻¹和15 fb⁻¹积分亮度下，分别排除了超过85%的胶inos质量低于~520 GeV和~700 GeV的pMSSM点，而弱相互作用的超对称粒子则基本未受约束，表明LHC已显著限制强相互作用的SUSY，但为弱相互作用态留下了可观测区域。

ABSTRACT

We study the implications of LHC searches on SUSY particle spectra using flat scans of the 19-parameter pMSSM phase space. We apply constraints from flavour physics, g_mu-2, dark matter and earlier LEP and Tevatron searches. The sensitivity of the LHC SUSY searches with jets, leptons and missing energy is assessed by reproducing with fast simulation the recent CMS analyses after validation on benchmark points. We present results in terms of the fraction of pMSSM points compatible with all the constraints which are excluded by the LHC searches with 1 fb^{-1} and 15 fb^{-1} as a function of the mass of strongly and weakly interacting SUSY particles. We also discuss the suppression of Higgs production cross sections for the MSSM points not excluded and contrast the region of parameter space tested by the LHC data with the constraints from dark matter direct detection experiments.

研究动机与目标

• 评估LHC SUSY搜寻对完整19参数pMSSM参数空间的影响，独立于模型约束。
• 评估LHC数据在1 fb⁻¹和15 fb⁻¹亮度下对强相互作用与弱相互作用SUSY粒子的约束，特别是在中性子暗物质背景下的表现。
• 将LHC搜寻的灵敏度与暗物质直接探测（如Xenon 100）和味物理的约束进行比较。
• 调查在LHC排除后，是否仍存在可行的、低微调的pMSSM点，并研究Higgs信号抑制效应。
• 为未来对撞机规划（特别是针对 gaugino 和 slepton 阈值的轻子对撞机）提供基准参考。

提出的方法

• 在19参数参数空间内对2500万个pMSSM点进行了平坦扫描，未使用先验加权或似然优化。
• 应用味物理、$g_\mu - 2$、遗迹暗物质密度（$\Omega_{\mathrm{DM}}h^2$）以及LEP/Tevatron的约束，筛选出可行的点。
• 使用快速模拟重现CMS SUSY搜寻分析（喷注、轻子、缺失能量），并在官方CMS基准点上进行了验证。
• 计算了作为胶ino及其他超对称粒子质量函数的排除比例，未使用重要性采样或似然加权。
• 通过标准定义$\Delta = \left[ \delta(\mu)^2 + \delta(b)^2 + \delta(M_{H_u}^2)^2 + \delta(M_{H_d}^2)^2 \right]^{1/2} $量化微调程度。
• 通过比较pMSSM样本中$gg \to h^0 \to \gamma\gamma$截面在MSSM与SM预测之间的差异，估算Higgs信号强度。

实验结果

研究问题

• RQ1 LHC数据在1 fb⁻¹和15 fb⁻¹亮度下，对胶ino质量低于520 GeV和700 GeV的pMSSM点的排除程度如何？
• RQ2 LHC搜寻的约束与Xenon 100等暗物质直接探测实验在pMSSM中的约束相比如何？
• RQ3 在LHC排除后，pMSSM参数空间中是否存在显著区域——特别是对弱相互作用的超对称粒子——仍具可行性？
• RQ4 在同时满足LHC和暗物质约束的剩余pMSSM点中，微调的分布如何？
• RQ5 在剩余的可行pMSSM点中，MSSM中Higgs玻色子产生截面相对于SM的抑制程度如何？

主要发现

• LHC数据在1 fb⁻¹亮度下，排除了超过85%的胶ino质量低于~520 GeV的pMSSM点。
• 在15 fb⁻¹亮度下，胶ino质量的排除范围达到~700 GeV，表明对强相互作用SUSY粒子有强烈约束。
• 对于弱相互作用的超对称粒子（如带电ino、中性ino、轻子超对称粒子），即使在15 fb⁻¹数据下，质量低于400 GeV的约50%接受点仍未被排除。
• 在500 GeV以上质量区域，弱相互作用超对称粒子的参数空间几乎不受当前LHC数据影响，这与CMSSM等约束性模型不同。
• 大量与LHC和Xenon 100直接探测约束相容的pMSSM点表现出低至中等微调程度，且在排除后微调分布向更高值移动。
• 在可行的pMSSM点中，MSSM相对于SM的$gg \to h^0 \to \gamma\gamma$信号强度抑制可超过两倍，影响Higgs玻色子的可探测性。