[论文解读] Indications of the CMSSM Mass Scale from Precision Electroweak Data

John Ellis, S. Heinemeyer+2 more|ArXiv.org|Apr 21, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文利用精确电弱数据重新评估了CMSSM质量尺度，包括更新后的顶夸克质量与LEP希格斯玻色子约束。研究发现，低超对称尺度仍具强烈迹象，偏好 $ m_{1/2} \sim 300\text{--}600\,\text{GeV} $，该结果由 $ (g-2)_\mu $ 强烈支持，并在更新后的 $ m_t $ 与 $ M_h $ 约束下依然稳健。

ABSTRACT

We discuss the sensitivities of present-day electroweak precision data to the possible scale of supersymmetry within the constrained minimal supersymmetric extension of the Standard Model (CMSSM). Our analysis is based on M_W, sin^2 theta_eff, (g-2)_mu, BR(b -> s gamma), and the lightest MSSM Higgs boson mass, M_h. We display the impact of the recent reduction in m_t from 178.0 +- 4.3 GeV to 172.7 +- 2.9 GeV on the interpretation of the precision observables. We show the currently preferred values of the CMSSM mass scale m_{1/2} based on a global chi^2 fit, assuming that the lightest supersymmetric particle (LSP) is a neutralino, and fixing m_0 so as to obtain the cold dark matter density allowed by WMAP and other cosmological data for specific values of A_0, tan beta and mu > 0. The recent reduction in m_t reinforces previous indications for relatively light soft supersymmetry-breaking masses, offering good prospects for the LHC and the ILC, and in some cases also for the Tevatron. Finally, we discuss the sensitivity of the global chi^2 function to possible future evolution in the experimental central value of m_t and its error.

研究动机与目标

• 利用更新后的精确电弱数据，重新评估CMSSM中超对称性破缺尺度的偏好值。
• 评估修订后的顶夸克质量（$ m_t = 172.7 \pm 2.9\,\text{GeV} $）对CMSSM参数约束的影响。
• 在全局 $ \chi^2 $ 分析中，纳入对 $ M_h $ 的LHC直接希格斯玻色子搜索约束的改进处理。
• 评估 $ m_{1/2} $ 偏好范围对 $ m_t $ 未来中心值与不确定性的变化是否稳健。
• 基于当前数据，评估LHC、ILC与Tevatron发现超对称粒子的前景。

提出的方法

• 对精确电弱可观测量（$ M_W $、$ \sin^2\theta_{\text{eff}} $、$ (g-2)_\mu $、$ \text{BR}(b \to s\gamma) $ 与 $ M_h $）执行全局 $ \chi^2 $ 拟合。
• 固定 $ m_0 $ 以满足WMAP冷暗物质密度约束 $ 0.094 < \Omega_{\text{CDM}}h^2 < 0.129 $，其中 $ \mu > 0 $，$ \tan\beta $ 与 $ A_0 $ 为参数。
• 在GUT尺度下采用具有统一软对称性破缺质量的约束最小超对称标准模型（CMSSM）框架。
• 在MSSM内应用圈修正过程与希格斯玻色子质量的理论预测，包括辐射修正。
• 评估 $ \chi^2 $ 函数对 $ m_t $ 中心值与实验误差 $ \delta m_t $ 变化的敏感性，同时保持其他可观测量不变。
• 计算 $ m_{1/2} $ 的90%置信水平上限，并追踪最小 $ \chi^2 $ 随 $ m_t $ 与 $ \delta m_t $ 的变化。

实验结果

研究问题

• RQ1 更新后的 $ m_t = 172.7 \pm 2.9\,\text{GeV} $ 如何影响CMSSM中 $ m_{1/2} $ 的偏好范围？
• RQ2 对最轻MSSM希格斯玻色子质量 $ M_h $ 的LEP约束在多大程度上影响全局 $ \chi^2 $ 拟合与 $ m_{1/2} $ 的偏好值？
• RQ3 $ m_{1/2} $ 偏好低值是否对 $ m_t $ 的中心值与不确定性变化保持稳健？
• RQ4 当前数据对LHC、ILC与Tevatron发现超对称粒子的前景有何影响？
• RQ5 全局 $ \chi^2 $ 函数对 $ m_t $ 未来实验更新的敏感性如何？

主要发现

• 更新后的 $ m_t = 172.7 \pm 2.9\,\text{GeV} $ 巩固了此前在CMSSM中对低软对称性破缺质量的偏好，$ m_{1/2} \sim 300\text{--}600\,\text{GeV} $。
• 当 $ m_t < 170\,\text{GeV} $ 时，最小 $ \chi^2 $ 值明显上升，但在 $ m_t \in 170\text{--}180\,\text{GeV} $ 范围内几乎保持不变。
• 当 $ m_t \gtrsim 170\,\text{GeV} $ 时，$ m_{1/2} $ 的90%置信水平上限变化小于10%，表明对 $ m_t $ 不确定性具有稳健性。
• 对低 $ m_{1/2} $ 值的偏好主要由 $ (g-2)_\mu $ 驱动，$ M_W $ 与 $ \sin^2\theta_{\text{eff}} $ 提供额外支持。
• 所偏好的 $ m_{1/2} $ 范围对应胶子夸克与其它超对称粒子质量足够轻，可在LHC与ILC中被发现。
• 未来在Tevatron对 $ M_W $ 与 $ m_t $ 的测量预计对进一步约束CMSSM参数空间具有特别重要影响。