[论文解读] Testing the MSSM with the Mass of the W Boson

S. Heinemeyer, W. Hollik+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 29, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文在最小超对称标准模型（MSSM）中给出了W玻色子质量（MW）最精确的理论预测，包含了完整的单圈修正（含复相位依赖性）、所有可用的两圈MSSM修正，以及完整的标准模型结果。研究发现，第三代标量夸克扇区中的相位可导致MW的改变超过20 MeV，且在轻标量费米子质量和大|μ|时效应更强；结合当前MW和mt的实验测量，MSSM相较于标准模型（SM）有轻微偏好。

ABSTRACT

We review the currently most accurate evaluation of the W boson mass, M_W, in the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM). It consists of a full one-loop calculation, including the complex phase dependence, all available MSSM two-loop corrections as well as the full Standard Model result. We analyse the impact of the phases in the scalar quark sector on M_W and compare the prediction for M_W based on all known higher-order contributions with the experimental results.

研究动机与目标

• 提供MSSM中W玻色子质量（MW）最精确的理论预测，包含所有已知的高阶量子修正。
• 研究标量夸克扇区中的复相位——特别是φAt + φμ 和 φAb + φμ——对MSSM中MW的影响。
• 将包含所有已知高阶贡献的MSSM MW预测与当前实验数据进行比较，以检验该模型的可行性。
• 评估MW对SUSY参数（如标量费米子质量、|μ|和tanβ）变化的敏感性，尤其关注相位依赖效应。

提出的方法

• 在MSSM中进行Δr的完整单圈计算，包含标量夸克扇区中的复相位依赖性，并以完整标准模型结果作为基线。
• 将所有可用的两圈MSSM修正纳入Δr计算，确保MW预测具有高理论精度。
• 使用FeynHiggs2.2程序一致地确定Higgs扇区参数（包括μ和tanβ），并满足MSSM约束条件。
• 对MSSM参数（包括M~f、|μ|、tanβ和三线耦合）进行广泛的数值扫描，同时施加LEP Higgs和SUSY质量限制。
• 通过δMW = - (MW_ref / 2) * (sw² / (cw² - sw²)) * Δr^SUSY 计算δMW，其中Δr^SUSY为Δr的单圈SUSY贡献。
• 生成等高线图和参数扫描图，以可视化MW对复相位和关键SUSY参数的依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 MSSM中第三代标量夸克扇区的复相位如何影响W玻色子质量的预测值？
• RQ2 在合理的MSSM参数选择下，相位引起的MW最大改变量是多少？
• RQ3 与以往近似相比，包含两圈修正和复相位后，MSSM对MW的预测有何变化？
• RQ4 在考虑全部理论不确定度的前提下，当前MW和mt的实验测量是否更倾向于MSSM而非标准模型？
• RQ5 相位依赖效应对MSSM允许参数空间施加了何种约束，特别是与标量费米子混合和|μ|的关系？

主要发现

• 在标量夸克扇区中，φAt + φμ 和 φAb + φμ 的复相位可在M~f = 500 GeV且|μ| = 900 GeV的低标量费米子质量情景下，导致MW的改变超过20 MeV。
• 在高tanβ情景下（例如tanβ = 30），MW的相位依赖性显著被抑制，即使|μ|很大，相位引起的改变也小于0.5 MeV。
• 当tanβ = 5且M~f = 500 GeV时，MW的最大相位诱导改变约为20 MeV，表明对CP破坏相位在标量夸克扇区中具有显著敏感性。
• 包含所有已知高阶修正的MSSM MW预测，在与当前实验数据（MW = 80.392 ± 0.029 GeV，mt = 171.4 ± 2.1 GeV）比较时，对MSSM表现出轻微偏好。
• SM与MSSM MW预测的重叠区域相对较小，MSSM在某些参数区域（特别是当sfermion混合较强时，如m~t2/m~t1 > 2.5）允许更大的MW值。
• 本研究确认，X~t和X~b的相位（通过At和Ab）在单圈阶不贡献于Δr，但其与μ的联合相位可通过质量与混合角的改变影响MW。