[论文解读] Testing SUSY models for the muon g-2 anomaly via Chargino-Neutralino Pair Production at the LHC

Siba Prasad Das, Monoranjan Guchait+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 26, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 48被引用 11

一句话总结

本文提出检验非幺正规范ino质量模型，这些模型通过大型强子对撞机（LHC）的带电ino-中性ino对的电弱产生过程，同时解释μ子g-2异常、暗物质丰度以及125 GeV希格斯玻色子。利用三轻子和同号二轻子末态，本文表明13 TeV LHC运行可探测400–700 GeV范围内的wino和左型selectron质量，利用100 fb⁻¹数据可将μ子g-2异常覆盖至2σ显著性水平。

ABSTRACT

Non-universal gaugino mass models can naturally account for the dark matter relic density via the bulk annihilation process with relatively light bino LSP and right sleptons in the mass range of ~ 100 GeV, while accommodating the observed Higgs boson mass of ~ 125 GeV with TeV scale squark/gluino masses. A class of these models can also account for the observed muon g-2 anomaly via SUSY loops with wino and left sleptons in the mass range of 400 -- 700 GeV. These models can be tested at LHC via electroweak production of charged and neutral wino pair, leading to robust trilepton and same sign dilepton signals. We investigate these signals along with the standard model background for both 8 and 13 TeV LHC runs.

研究动机与目标

• 检验基于SU(5) GUT的非幺正规范ino质量模型，这些模型可同时解释μ子g-2异常、暗物质丰度以及125 GeV希格斯玻色子质量。
• 研究通过电弱过程产生带电ino和中性ino对的LHC发现潜力。
• 评估三轻子和同号二轻子末态对400–700 GeV范围内wino和左型selectron质量的敏感度。
• 使用真实的信号与背景模拟，比较8 TeV和13 TeV LHC运行的预期发现范围。
• 评估当左型selectron质量接近wino质量时，同号二轻子通道的可行性，此时其他通道可能失效。

提出的方法

• 该研究基于SU(5) GUT框架，采用非幺正规范ino质量模型，其在GUT尺度的两个独立规范ino质量参数由单态和非单态超多重态的F-term VEVs推导得出。
• 通过规范跑动方程（RGEs）计算弱尺度谱，输入参数包括通用标量质量m₀和三线性耦合A₀，以实现125 GeV的希格斯质量。
• 通过类似Drell-Yan的过程模拟带电ino和中性ino对产生，随后发生级联衰变：χ±₁ → ℓ± ν̃ℓ → ℓ± ℓ∭ ℓ± ν̄ν，产生三轻子和同号二轻子末态。
• 利用优化的运动学截断从主要标准模型背景（包括顶夸克对和Drell-Yan过程）中提取信号事件。
• 背景通过蒙特卡罗模拟估算，应用喷流 veto 以抑制t̄t和多喷流事件，尽管指出b-喷流 veto 效果更优。
• 通过预期信号与背景率评估统计显著性，发现范围定义为5σ，排除极限在95%置信水平下。

实验结果

研究问题

• RQ1 在SU(5) GUT框架下，非幺正规范ino质量模型能否同时解释μ子g-2异常、暗物质丰度以及125 GeV希格斯玻色子质量？
• RQ2 在400–700 GeV范围内，wino和左型selectron质量下，LHC通过三轻子和同号二轻子末态探测带电ino-中性ino对产生的发现潜力如何？
• RQ3 当左型selectron质量与wino质量近乎 degenerate 时，同号二轻子通道的敏感度与三轻子通道相比如何？
• RQ4 8 TeV和13 TeV LHC数据在多大程度上可探测与μ子g-2异常一致的参数空间？
• RQ5 本分析的预期排除极限与使用8 TeV数据的ATLAS和CMS现有搜索结果相比如何？

主要发现

• 在8 TeV LHC运行中，20 fb⁻¹数据可使三轻子和同号二轻子通道探测到最高500 GeV的wino质量，覆盖μ子g-2异常在其中心值1σ以内。
• 在13 TeV下使用100 fb⁻¹数据，同号二轻子通道可探测到最高700 GeV的wino质量，覆盖μ子g-2异常达2σ显著性水平。
• 对于基准点BP1，同号二轻子通道实现26–66σ的发现显著性，对应信号事件数125–65；对于BP2，显著性为15–39σ，对应信号事件数80–40。
• 即使在13 TeV下仅使用20 fb⁻¹数据，负面搜索结果也可在超过5σ显著性下排除高达600–700 GeV的wino质量。
• 当左型selectron质量非常接近wino质量时，同号二轻子通道仍具可行性且背景抑制良好，而其他通道可能失效。
• 本分析的预期95%置信水平排除极限与初步CMS结果一致，且在某些情况下更为保守，凸显了背景抑制技术的影响。