[论文解读] Light stop in the MSSM after LHC Run 1

G. Bélanger, Diptimoy Ghosh+2 more|NOT FOUND REPOSITORY (Indian Institute of Science Bangalore)|Jun 1, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 168被引用 10

一句话总结

本文在LHC Run 1之后，研究了在pMSSM中轻量top squark（stop）的可行性，考虑了126 GeV Higgs玻色子、味物理、暗物质直接探测以及LHC SUSY搜索的约束。研究发现，质量低于约500 GeV的stop仍具可行性，并识别出通过Xenon1T直接探测和Higgs伴随产生等互补探测手段，可检验剩余的参数空间，尤其适用于stop与LSP质量差较小的情况。

ABSTRACT

The discovery of a Higgs boson with a mass of 126 GeV at the LHC when combined with the non-observation of new physics both in direct and indirect searches imposes strong constraints on supersymmetric models and in particular on the top squark sector. The experiments for direct detection of dark matter have provided with yet more constraints on the neutralino LSP mass and its interactions. After imposing limits from the Higgs, flavour and dark matter sectors, we examine the feasibility for a light stop in the context of the pMSSM, in light of current results for stop and other SUSY searches at the LHC. We only require that the neutralino dark matter explains a fraction of the cosmologically measured dark matter abundance. We find that a stop with mass below $\sim$ 500 GeV is still allowed. We further study various probes of the light stop scenario that could be performed at the LHC Run - II either through direct searches for the light and heavy stop, or SUSY searches not currently available in simplified model results. Moreover we study the characteristics of heavy Higgs for the points in the parameter space allowed by all the available constraints and illustrate the region with large cross sections to fermionic or electroweakino channels. Finally we show that nearly all scenarios with a small stop$-$LSP mass difference will be tested by Xenon1T provided the NLSP is a chargino, thus probing a region hard to access at the LHC.

研究动机与目标

• 评估在LHC Run 1对126 GeV Higgs、味物理可观测量和暗物质直接探测约束之后，质量低于500 GeV的轻量stop在pMSSM中的可行性。
• 识别当前LHC简化模型分析未完全覆盖的轻量stop的可行实验探测手段。
• 探索在允许的pMSSM参数空间中，重希格斯玻色子的唯象学，特别是其衰变为电弱ino和费米子的特性。
• 评估LHC搜索与暗物质直接探测之间的互补性，尤其针对stop与LSP质量差较小的情况。
• 评估Xenon1T探测小stop–NLSP质量差区域的潜力，特别是当NLSP为带电ino时。

提出的方法

• 本研究采用pMSSM参数空间的全局扫描，应用126 GeV Higgs玻色子质量、电弱精确观测量、味物理（如b→sμμ）以及暗物质丰度的约束。
• 纳入LHC Run 1的直接SUSY搜索限制，包括stop对产生和伴随Higgs产生的搜索结果，使用简化模型和完整模型分析。
• 对stop衰变模式进行详细模拟，特别是非对称衰变（如一个stop衰变为tχ̃01，另一个衰变为bχ̃±1），并考虑涉及虚拟W/Z玻色子的四体衰变。
• 通过模拟喷注+缺失能量信号以及与Higgs或喷注的伴随产生，评估未来LHC Run 2搜索的探测能力。
• 计算重希格斯玻色子（H, A）衰变为电弱ino和费米子的分支比，评估其在当前和未来LHC搜索中的可探测性。
• 评估吨级直接探测实验（如Xenon1T）对stop–NLSP质量差区域的灵敏度，假设NLSP为带电ino。

实验结果

研究问题

• RQ1 在施加126 GeV Higgs玻色子和暗物质直接探测限制后，质量低于500 GeV的stop是否仍可在pMSSM中保持可行性？
• RQ2 对于与LSP质量差较小的轻量stop，哪些LHC信号是最有效的探测手段，尤其当标准简化模型搜索不足以覆盖时？
• RQ3 在当前约束所允许的pMSSM参数空间中，重希格斯玻色子（H, A）衰变为电弱ino和费米子的分支比如何表现？
• RQ4 Xenon1T在多大程度上能探测小stop–NLSP质量差区域，特别是当NLSP为带电ino时？其与LHC搜索的互补性如何？
• RQ5 stop对与Higgs或喷注的伴随产生是否可作为接近阈值区域轻量stop的可行发现通道？

主要发现

• 在施加126 GeV Higgs玻色子、味物理、暗物质丰度和LHC Run 1直接搜索约束后，质量低于约500 GeV的stop在pMSSM中仍具可行性。
• 非对称stop衰变（如一个stop衰变为tχ̃01，另一个衰变为bχ̃±1）对当前简化模型搜索构成显著挑战，需专门的探测拓扑。
• 由于允许参数空间中耦合较弱，stop对与Higgs的伴随产生被抑制，尽管Higgs识别有利，但该通道仍难以发现。
• 在允许的pMSSM参数空间中，重希格斯玻色子（H, A）可具有较大的衰变为电弱ino的分支比，包括不可见衰变，为LHC搜索提供额外通道。
• 若NLSP为带电ino，Xenon1T预计可探测几乎所有stop–NLSP质量差低于W玻色子质量的场景，为LHC搜索提供强大补充。
• 长寿命带电ino（特别是wino型）区域目前仍被LHC搜索覆盖不足，可通过改进长寿命粒子信号分析加以探测。