[论文解读] The NUHM2 after LHC Run 1

O. L. Buchmueller, R. Cavanaugh+12 more|arXiv (Cornell University)|Aug 18, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 96被引用 22

一句话总结

本文使用LHC运行1期数据，对NUHM2超对称模型进行了频率学全局拟合，涵盖希格斯玻色子测量、缺失能量搜索、稀有B介子衰变、电弱精确可观测量以及直接暗物质探测限制。尽管希格斯扇区的自由度增加，NUHM2并未显著缓解异常μ子磁矩与LHC约束之间的张力，最小χ²/dof为32.5/21。

ABSTRACT

We make a frequentist analysis of the parameter space of the NUHM2, in which the soft supersymmetry (SUSY)-breaking contributions to the masses of the two Higgs multiplets, $m^2_{H_{u,d}}$, vary independently from the universal soft SUSY-breaking contributions $m^2_0$ to the masses of squarks and sleptons. Our analysis uses the MultiNest sampling algorithm with over $4 imes 10^8$ points to sample the NUHM2 parameter space. It includes the ATLAS and CMS Higgs mass measurements as well as their searches for supersymmetric jets + MET signals using the full LHC Run~1 data, the measurements of $B_s o μ^+ μ^-$ by LHCb and CMS together with other B-physics observables, electroweak precision observables and the XENON100 and LUX searches for spin-independent dark matter scattering. We find that the preferred regions of the NUHM2 parameter space have negative SUSY-breaking scalar masses squared for squarks and sleptons, $m_0^2 < 0$, as well as $m^2_{H_u} < m^2_{H_d} < 0$. The tension present in the CMSSM and NUHM1 between the supersymmetric interpretation of $g_μ- 2$ and the absence to date of SUSY at the LHC is not significantly alleviated in the NUHM2. We find that the minimum $χ^2 = 32.5$ with 21 degrees of freedom (dof) in the NUHM2, to be compared with $χ^2/{ m dof} = 35.0/23$ in the CMSSM, and $χ^2/{ m dof} = 32.7/22$ in the NUHM1. We find that the one-dimensional likelihood functions for sparticle masses and other observables are similar to those found previously in the CMSSM and NUHM1.

研究动机与目标

• 评估NUHM2模型在LHC运行1期数据下的可行性，特别是异常μ子磁矩与直接SUSY搜索之间的张力。
• 研究NUHM2中希格斯软质量（m²_Hu ≠ m²_Hd）的额外自由度是否能缓解CMSSM和NUHM1中观察到的(g-2)μ与LHC约束之间的冲突。
• 使用大规模采样方法对NUHM2参数空间进行综合统计分析。
• 从χ²/dof和超对称粒子质量分布的角度，将NUHM2的拟合质量与以往CMSSM和NUHM1分析进行比较。

提出的方法

• 使用MultiNest采样算法进行了频率学分析，采样点超过4×10⁸个，以探索NUHM2参数空间。
• 分析包含了ATLAS和CMS对喷注+ /E_T的约束、希格斯玻色子质量测量、LHCb和CMS对BR(Bs→μ⁺μ⁻)的测量、B物理可观测量、电弱精确数据，以及XENON100和LUX对暗物质直接探测的限制。
• 该模型假设在GUT尺度下具有通用的软SUSY破坏参数（m₀, m₁/₂, A₀），但允许希格斯软质量（m²_Hu, m²_Hd）与m₀²不同，即非幺正。
• 通过Delphes模拟验证了分析结果，将7 TeV的限制外推至8 TeV，确保与实验搜索结果的一致性。
• 使用实验可观测量的组合计算χ²，自由度考虑了所有拟合参数。
• 分析聚焦于标量质量为负的区域（m₀² < 0），以探索轻 sleptons 和增强(g-2)μ贡献的场景。

实验结果

研究问题

• RQ1 NUHM2模型能否解决观测到的(g-2)μ异常与LHC中未发现SUSY信号之间的张力？
• RQ2 NUHM2中希格斯软质量的非幺正性（m²_Hu ≠ m²_Hd）是否能显著改善对LHC运行1期综合数据的拟合，优于CMSSM和NUHM1？
• RQ3 在希格斯质量、稀有衰变和直接暗物质探测约束下，NUHM2参数空间的优选区域是什么？
• RQ4 NUHM2中超对称粒子质量的一维似然函数与CMSSM和NUHM1相比有何异同？
• RQ5 与CMSSM和NUHM1相比，NUHM2的全局拟合质量（χ²/dof）是否有显著提升？

主要发现

• 优选的NUHM2参数空间表现出对夸克和轻子标量粒子的负软质量（m₀² < 0），以及m²_Hu < m²_Hd < 0，表明希格斯扇区质量为负的偏好。
• NUHM2中的最小χ²/dof为32.5/21，与NUHM1（32.7/22）相近，略优于CMSSM（35.0/23），但无显著改善。
• 尽管增加了希格斯扇区的非幺正性，(g-2)μ异常与LHC约束之间的张力在NUHM2中依然存在，未见明显缓解。
• 最佳拟合胶球质量约为3 TeV，且在2 TeV以上χ²函数呈平坦趋势，表明允许的质量范围较宽。
• 在NUHM2中，自旋无关的暗物质散射截面σ^SI_p略倾向于~4×10⁻⁴⁹ cm²，接近大气中微中子背景水平，尽管约10⁻⁴⁵ cm²的值仍属可行。
• NUHM2中超对称粒子质量及其他可观测量的一维似然函数与CMSSM和NUHM1相似，表明频率学分析在模型扩展下具有稳健性。