[论文解读] Present and possible future implications for mSUGRA of the non-discovery of SUSY at the LHC

P. Bechtle, K. Desch+6 more|arXiv (Cornell University)|May 26, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 9被引用 8

一句话总结

本文研究了最小超对称 SU(3) 规范理论（mSUGRA）在经历从 35 pb⁻¹ 到 7 fb⁻¹ 的积分亮度的 LHC 排除限制后，是否仍能与低能精确数据和暗物质丰度保持一致。通过全局拟合框架（Fittino），研究显示尽管存在 LHC 约束，mSUGRA 依然可行，但仅在较高的 tanβ 值和更高的超粒子质量下成立，且排除需依赖希格斯玻色子搜寻，而非喷注 + 丢失能量通道中的直接超对称搜寻。

ABSTRACT

Both ATLAS and CMS have published results of SUSY searches putting limits on SUSY parameters and masses. A non-discovery of SUSY in the next two years would push these limits further. On the other hand, precision data of low energy measurements and the dark matter relic density favor a light scale of supersymmetry. Therefore we investigate if supersymmetry -- more specifically the highly constraint model mSUGRA -- does at all agree with precision data and LHC exclusions at the same time, and whether the first two years of LHC will be capable of excluding models of supersymmetry. We consider the current non observation of supersymmetry with 35 pb-1 as well as the possible non observation with 1,2 and 7 fb-1 in a global fit using the framework Fittino.

研究动机与目标

• 评估 mSUGRA 是否能同时满足低能精确可观测量、暗物质丰度和 LHC 排除限制。
• 评估 LHC 亮度提升（从 35 pb⁻¹ 到 7 fb⁻¹）对 mSUGRA 参数空间的影响。
• 确定 LHC 上的直接超对称搜寻是否足以排除 mSUGRA，或排除是否仅可能通过希格斯玻色子搜寻实现。
• 探索 (g-2)μ、Ωχ 和 LHC 限制之间在将首选 tanβ 值推高至更高值方面的相互作用。

提出的方法

• 使用 Fittino 框架进行全局贝叶斯拟合，将 mSUGRA 预测与实验数据结合。
• 通过 SPheno、FeynHiggs、micrOMEGAs 和 SuperISO 计算理论预测，包括超粒子质量、希格斯质量及暗物质丰度。
• 利用 ATLAS 的包含 4 个喷注 + 0 个轻子 + E_T^miss 搜寻通道，以有效质量（M_eff）作为区分变量，对 LHC 限制进行建模。
• 使用 Herwig++ 和 Delphes 模拟信号和背景的 M_eff 分布，以模拟探测器效应。
• 对 ATLAS 分析中的 SM 背景形状施加 20% 的系统不确定性。
• 采用马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）技术对 mSUGRA 参数空间进行采样，并计算 χ²/ndf。

实验结果

研究问题

• RQ1 mSUGRA 在经历从 35 pb⁻¹ 到 7 fb⁻¹ 的 LHC 排除限制后，是否仍能与低能精确数据和暗物质丰度保持一致？
• RQ2 随着 LHC 亮度和排除限制的提升，mSUGRA 允许的参数空间（尤其是超粒子质量和 tanβ）如何变化？
• RQ3 为何在 LHC 限制被纳入后，最佳拟合 tanβ 值显著升高，尽管该 LHC 通道对 tanβ 的依赖性较弱？
• RQ4 LHC 上的直接超对称搜寻是否足以排除 mSUGRA，还是仅通过希格斯玻色子搜寻才可能实现排除？
• RQ5 在高 tanβ 条件下，共湮灭和希格斯共振衰变在维持与 Ωχ 和 (g-2)μ 的一致性方面起到何种作用？

主要发现

• 即使在纳入从 35 pb⁻¹ 到 7 fb⁻¹ 的 LHC 限制后，mSUGRA 模型依然可行，且 χ²/ndf 值可接受。
• 随着亮度提升，所有超粒子的允许质量范围显著扩大，特别是 gluinos 和 squarks，这是由于 LHC 限制与精确可观测量之间的相互作用所致。
• 在 mSUGRA 中，标准模型类希格斯玻色子质量被约束在 m_h⁰ < 135 GeV，使其允许质量范围是唯一不随 LHC 亮度提升而扩大的粒子。
• LHC 限制迫使最佳拟合 tanβ 值从 17 提升至 43，以维持与 (g-2)μ 和 Ωχ 的一致，表明各可观测量之间存在非平凡的相互作用。
• 即使在 LHC 运行前两年内，仅在 7 fb⁻¹ 的亮度下，也无法通过 4 喷注 + 0 轻子 + E_T^miss 通道的直接超对称搜寻排除 mSUGRA。
• mSUGRA 的排除可能仅能通过直接希格斯玻色子搜寻实现，因为希格斯质量限制仍是关键约束条件。