[论文解读] The CP-violating pMSSM at the Intensity Frontier

J. Berger, M. Cahill-Rowley+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 29, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 24被引用 10

一句话总结

本文将唯象MSSM（pMSSM）扩展至包含非零CP破坏相位，并评估强度前沿实验——特别是电偶极矩（EDM）和稀有衰变测量——对这些模型的敏感度。研究发现，未来的EDM和稀有K介子衰变实验能够探测在高亮度LHC中无法发现的CP破坏MSSM情景，凸显了强度前沿搜索在探测直接对撞机搜索无法触及的新物理中的互补作用。

ABSTRACT

In this Snowmass whitepaper, we describe the impact of ongoing and proposed intensity frontier experiments on the parameter space of the Minimally Supersymmetric Standard Model (MSSM). We extend a set of phenomenological MSSM (pMSSM) models to include non-zero CP-violating phases and study the sensitivity of various flavor observables in these scenarios Future electric dipole moment and rare meson decay experiments can have a strong impact on the viability of these models that is relatively independent of the detailed superpartner spectrum. In particular, we find that these experiments have the potential to probe models that are expected to escape searches at the high-luminosity LHC.

研究动机与目标

• 将唯象MSSM（pMSSM）扩展，引入规范微子、希格斯微子和三线性A项中的非零CP破坏相位。
• 评估强度前沿实验——特别是EDM和稀有衰变可观测量——对这些CP破坏情景的敏感度。
• 识别那些在高亮度LHC中无法被发现但可通过精密味和CP破坏测量探测到的模型。
• 展示当直接LHC搜索不敏感时，强度前沿实验在探测MSSM参数空间中的互补作用。

提出的方法

• 生成1,000个具有中性子LSP的pMSSM模型，每个模型额外引入六个CP破坏相位：arg(M₁)、arg(M₂)、arg(μ)、arg(Aₜ)、arg(A_b)、arg(A_τ)，其中通过场重定义将M₃相位设为零。
• 对每个相位采用10⁻⁶×π/2至π/2之间的对数均匀分布，随机赋予符号，共产生100万组模型点。
• 使用SUSY_FLAVOR v2.02计算CP破坏和味破坏可观测量，包括EDM（中子、电子）、稀有K介子衰变（K→μμ、K→πνν̄）以及B介子衰变。
• 基于[15]中激进实验情景的2σ极限，投影未来灵敏度，比较当前与预期未来约束。
• 根据LHC排除潜力筛选模型：500个模型预计在14 TeV下以300 fb⁻¹的积分亮度在95%置信水平被排除，500个模型即使在3,000 fb⁻¹下也未被排除。
• 使用SOFTSUSY和SuSpect对对撞机、味、精密测量、暗物质和理论约束进行全局一致性检查。

实验结果

研究问题

• RQ1 在MSSM中，哪些CP破坏相位对产生可观测的EDM和稀有衰变信号最为关键？
• RQ2 强度前沿实验能否探测在高亮度LHC中无法被发现的CP破坏pMSSM模型？
• RQ3 EDM和稀有K介子衰变可观测量在CP破坏情景下如何相互关联，又如何与LHC发现潜力相关联？
• RQ4 未来EDM和稀有衰变通道的实验灵敏度在多大程度上超越了LHC搜索在pMSSM中的探测能力？
• RQ5 非最小味破坏对CP破坏模型中EDM与稀有衰变之间相关性有何影响？

主要发现

• 最敏感的EDM可观测量——中子和电子EDM——具有互补性：许多模型仅使其中一个产生较大值。
• 稀有K介子衰变（如K→μμ）与CKM矩阵元呈现线性关系，符合最小味破坏预期，偏离则表明存在新物理。
• EDM值与稀有K介子衰变分支比之间无显著相关性，表明它们是CP破坏的独立探针。
• 未来的EDM和稀有衰变实验能够探测那些在LHC搜索中未被300 fb⁻¹甚至3,000 fb⁻¹积分亮度下排除的CP破坏pMSSM模型。
• 在具有Wino或Higgsino LSP的模型中，M₂（Wino质量参数）和μ（Higgsino质量参数）的相位是CP破坏可观测量的主要贡献者。
• 未来实验（如改进的EDM和稀有衰变测量）的灵敏度预计将提高数个数量级，显著约束超出LHC探测能力的MSSM参数空间。