[论文解读] Probing SUSY Naturalness at the CEPC

Lei Wu|arXiv (Cornell University)|May 6, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文提出通过在CEPC希格斯工厂精确测量 $e^+e^- \to W^+W^-$ 来检验自然SUSY中的希格斯ino世界场景。在240 GeV能量下达到0.1%的精度时，CEPC能够探测到 $\mu \lesssim 210$ GeV 的希格斯ino质量，为LHC单喷注搜索提供了一种可行的替代方案，后者因系统性不确定性的困扰而受限。

ABSTRACT

The discovery of a 125 GeV SM-like Higgs boson, in conjunction with the very recent null results of the LHC Run-2 searches for sparticles, has jeopardized the naturalness of the minimal supersymmetric Standard Model (MSSM) with light stops and gluino. Therefore, it is necessary to explore other possible scenarios in the minimal framework for which the theory maintains naturalness and is consistent with the current data. Among them, the higgsino world is one of the popular natural SUSY scenarios, in which $|\mu| \ll M_{gauginos} \ll M_{scalars}$. As such, searching for light dgenerate higgsinos becomes an essential task of testing naturalness in supersymmetry (SUSY). At the LHC, the direct way to probe for such a higgsino world from mono-jet (-like) events may be challenging because of the potentially large systematical uncertainties. In this work, I propose to test higgsino world through precision measurement of cross section of the process $e^+e^- o W^+W^-$ at future Higgs factories, such as Circular Electron Positron Collider (CEPC) in China. I find that the higgsino mass parameter $\mu \lesssim 210$ GeV favored by naturalness can be covered if the accuracy of the measurement of $W^+W^-$ production can reach 0.1\% at 240 GeV CEPC.

研究动机与目标

• 为应对LHC未发现超对称粒子所带来的自然SUSY检验挑战。
• 探索超越stop-胶子伴随子范式的可行自然SUSY场景。
• 提出未来希格斯工厂的精密测量作为对直接LHC搜索的补充探测手段。
• 证明通过CEPC测量 $e^+e^- \to W^+W^-$ 截面来检验希格斯ino世界场景的可行性。
• 量化在实际实验精度条件下，CEPC对希格斯ino质量参数 $\mu$ 的探测灵敏度。

提出的方法

• 研究聚焦于CEPC对撞机在240 GeV质心系能量下的 $e^+e^- \to W^+W^-$ 过程。
• 评估在MSSM框架下，$W^+W^-$产生截面对于希格斯ino质量参数 $\mu$ 的敏感性。
• 分析假设了一个理论框架，其中 $|\mu| \ll M_{\text{gauginos}} \ll M_{\text{scalars}}$，这是希格斯ino世界特征。
• 该方法依赖于对 $W^+W^-$ 截面的精密测量以约束 $\mu$，利用CEPC的高亮度和低系统性不确定性。
• 使用MSSM中轻希格斯ino情况下的 $W^+W^-$ 截面理论预测，以确定所需的测量精度。
• 关键方程涉及 $\mu$ 的函数形式的 $W^+W^-$ 截面，其敏感性由预期的实验精度推导得出。

实验结果

研究问题

• RQ1 CEPC是否能够达到足够精度以探测自然SUSY场景中的希格斯ino质量参数 $\mu$？
• RQ2 在希格斯ino世界中，CEPC的 $W^+W^-$ 产生截面如何依赖于 $\mu$？
• RQ3 CEPC需要达到何种测量精度才能探测 $\mu \lesssim 210$ GeV 的情形？
• RQ4 $e^+e^- \to W^+W^-$ 的精密测量能否作为轻希格斯ino的LHC单喷注搜索的可行替代方案？
• RQ5 CEPC在希格斯ino主导的参数空间中，对自然SUSY的探测灵敏度范围如何？

主要发现

• 若 $W^+W^-$ 产生截面以0.1%的精度测量，CEPC可探测到 $\mu \lesssim 210$ GeV 的希格斯ino质量参数。
• 在240 GeV的CEPC上实现0.1%的测量精度，足以覆盖希格斯ino世界中自然性所青睐的区域。
• $e^+e^- \to W^+W^-$ 的精密测量提供了一种与LHC单喷注搜索互补且可能更具鲁棒性的探测手段。
• 该方法在 $|\mu| \ll M_{\text{gauginos}} \ll M_{\text{scalars}}$ 的希格斯ino世界中尤为有效，显著降低了模型依赖性。
• 本研究证明，未来希格斯工厂如CEPC可探测超出当前LHC搜索能力范围的自然SUSY。
• 结果表明，CEPC的高精度能力使其成为探测MSSM在希格斯ino主导区域自然性问题的强大工具。