[论文解读] Muon g-2, 125 GeV Higgs and Neutralino Dark Matter in sMSSM

K. S. Babu, Ilia Gogoladze+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 26, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 10被引用 8

一句话总结

该论文提出了sMSSM框架——一种基于味对称性的最小超对称标准模型，包含七个现象学参数，旨在同时解释μ子的$g-2$异常、125 GeV的希格斯玻色子质量以及观测到的中性子暗物质遗迹密度。通过允许前两代标量费米子的软质量非简并，同时保持味对称性，该模型能够一致地拟合所有三个观测结果，预测 gluino 和第一/二代表夸克超伴子的质量低于2 TeV，可在LHC上检验。

ABSTRACT

We discuss the sparticle (and Higgs) spectrum in a class of flavor symmetry-based minimal supersymmetric standard models, referred to here as sMSSM. In this framework the SUSY breaking Lagrangian takes the most general form consistent with a grand unified symmetry such as SO(10) and a non-Abelian flavor symmetry acting on the three families with either a 2+1 or a 3 family assignment. Models based on gauged SU(2) and SO(3) flavor symmetry, as well as non-Abelian discrete symmetries such as S_3 and A_4, have been suggested which fall into this category. These models describe supersymmetry breaking in terms of seven phenomenological parameters. The soft supersymmetry breaking masses at M_GUT of all sfermions of the first two families are equal in sMSSM, which differ in general from the corresponding third family mass. In such a framework we show that the muon g-2 anomaly, the observed Higgs boson mass of ~ 125 GeV, and the observed relic neutralino dark matter abundance can be simultaneously accommodated. The resolution of the muon g-2 anomaly in particular yields the result that the first two generation squark masses, as well the gluino mass, should be

研究动机与目标

• 在超对称框架内解决μ子反常磁矩（$g-2$）长期存在的差异问题。
• 在低尺度超对称模型中，同时容纳约125 GeV的观测希格斯玻色子质量。
• 在不违反味对称性或$R$-奇偶性的前提下，实现中性子暗物质的正确遗迹丰度。
• 提出一个理论动机充分、基于对称性的约束MSSM（cMSSM）的替代方案，参数空间更小。
• 识别LHC可检验的预测，特别是gluino和第一/二代表夸克超伴子的质量。

提出的方法

• 通过大统一对称性（如$SO(10)$）和非阿贝尔味对称性（如$SU(2)$、$SO(3)$、$S_3$、$A_4$）构建sMSSM框架，以抑制味改变的中性流。
• 超对称性破缺通过与这些对称性一致的一般拉格朗日量描述，导致在GUT尺度上产生七个现象学参数。
• 前两代标量费米子的软质量彼此统一，但与第三代不同，从而打破cMSSM中的质量简并性。
• 使用micrOMEGAs数值扫描模型以计算遗迹暗物质密度，使用SARAH生成谱并计算$g-2$。
• 分析共湮灭过程（如smuon、muon sneutrino、stau和$A$-共振）以识别与正确暗物质丰度一致的区域。
• 施加来自$B$物理、$g-2$和LHC的约束，以限制可行的参数空间。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可能在同时解释125 GeV希格斯玻色子质量的超对称模型中解决μ子$g-2$异常？
• RQ2 在非简并标量费米子质量框架下，能否实现中性子暗物质的正确遗迹丰度？
• RQ3 味对称性对超伴子谱和低尺度超对称性的可行性有何影响？
• RQ4 LHC对色荷超伴子的约束如何限制sMSSM的参数空间？
• RQ5 涉及轻子超伴子和希格斯ino的共湮灭机制是否能解释观测到的暗物质密度，同时满足$g-2$和希格斯质量约束？

主要发现

• sMSSM框架成功地同时解释了μ子$g-2$异常、125 GeV希格斯玻色子质量以及正确的中性子暗物质遗迹丰度。
• 第一和第二代表夸克超伴子质量以及gluino质量被限制在$\lesssim 2$ TeV以内，以解决$g-2$异常，使其可在LHC上检验。
• 该模型偏好较大的$\tan\beta > 15$，这有助于实现正确的暗物质遗迹丰度和$g-2$值。
• 通过smuon、muon sneutrino和stau态的共湮灭是可行的，而stop共湮灭在此设定下不被青睐。
• $A$-共振场景是可能的，但未显著出现，可能由于扫描中的统计限制。
• 已识别出满足$g-2$、超伴子质量及$B$物理约束的基准点，其中一些点预测了在即将开展的实验中可探测到的较大自旋无关和自旋相关中性子-核子散射截面。