[论文解读] Updated global fits of the SM and MSSM to electroweak precision data

W. De Boer, W.M. Mösle+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 30, 1996

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文对标准模型（SM）和最小超对称标准模型（MSSM）进行了电弱精度数据的全局拟合，包括更新后的 LEP、SLC、Tevatron 和 CLEO 数据。结果显示，R_b 异常——此前为 3.2σ 的偏差——已减少至 1.8σ，标准模型相容性概率从 8% 提升至 24%。尽管 MSSM 可解释残余偏差，但由于参数增多，整体拟合质量未显著改善。

ABSTRACT

The Minimal supersymmetric extension of the Standard Model (MSSM) with light stops, charginos or pseudoscalar Higgs bosons has been suggested as an explanation of the too high value of the branching ratio of the $Z^0$ boson into $b$ quarks ($R_b$ anomaly). A program including all radiative corrections to the MSSM at the same level as the radiative corrections to the SM has been developed and used to perform global fits to all electroweak data from LEP, SLC and the Tevatron and the radiative b->sgamma decay from CLEO. Recent updates on electroweak data, which have been presented at the Warsaw Conference in summer 1996, reduce the R_b anomaly from a 3.2 \\sigma to a 1.8 \\sigma effect, which improves the probability in the SM from 8% to 24%. Although the MSSM can fully explain the remaining deviation of R_b from the SM value, its probability is not better because of the larger number of free parameters. The best fitted value of the strong coupling constant at the M_Z scale in the {MS} renormalization scheme is 0.120\\pm0.003 for the SM and 0.116\\pm0.005 (0.119\\pm0.005) for the MSSM with low (high) values of tan beta. The derived quantity \\sin^2\ heta_{MS} equals 0.2317\\pm0.0004 (0.2315\\pm0.0004) for the SM (MSSM).

研究动机与目标

• 根据 1996 年华沙会议公布的更新测量结果，重新评估电弱精度数据。
• 评估具有轻量级标夸克、轻量级带电粒子或赝标量希格斯玻色子的 MSSM 是否能解释 Z⁰ → bb̄ 衰变中长期存在的 R_b 异常。
• 对 SM 和 MSSM 进行全局拟合，包含相同理论精度水平的所有辐射修正。
• 在考虑 MSSM 自由参数数量增加的前提下，比较 SM 与 MSSM 在统计显著性和拟合优度方面的表现。
• 在两种模型中提取 αs(MZ) 和 sin²θ̂MS 等基本参数的更新值。

提出的方法

• 对来自 LEP、SLC 和 Tevatron 的所有可用电弱精度数据（包括 Z⁰ 衰变分支比和前后不对称性）应用了全局拟合程序。
• MSSM 中的辐射修正计算精度与 SM 保持一致，确保两种模型在理论处理上的一致性。
• 将 CLEO 测得的 b → sγ 衰变率作为关键约束，尤其针对停夸克和带电粒子质量。
• 采用 χ² 最小化方法进行拟合，比较 SM 和 MSSM 框架下理论预测与实验观测数据。
• 分析中考虑了理论和实验不确定性，重点关注 R_b 测量值与其 SM 预期之间的偏差。
• 使用贝叶斯概率比较评估模型偏好，对 MSSM 的更多自由参数施加惩罚。

实验结果

研究问题

• RQ1 更新后的电弱数据在多大程度上降低了标准模型中 R_b 异常的显著性？
• RQ2 在数据更新后，具有轻量级超对称粒子的 MSSM 是否能完全解释 R_b 剩余的偏差？
• RQ3 在 SM 和 MSSM 中以相同水平包含辐射修正，如何影响全局拟合质量？
• RQ4 在新数据下，SM 和 MSSM 中 αs(MZ) 和 sin²θ̂MS 的更新值是多少？
• RQ5 尽管 MSSM 自由参数更多，它是否仍能提供比 SM 更优的统计拟合？

主要发现

• 在纳入更新后的电弱数据后，R_b 异常从 3.2σ 降低至 1.8σ，SM 拟合数据的概率从 8% 提升至 24%。
• MSSM 可完全解释 R_b 中剩余的 1.8σ 偏差，但其更多自由参数导致整体拟合概率未显著提升。
• 在 SM 中，MZ 标度下的强耦合常数确定为 αs(MZ) = 0.120 ± 0.003；在 MSSM 中，低 tanβ 值下为 0.116 ± 0.005，高 tanβ 值下为 0.119 ± 0.005。
• sin²θ̂MS 的推导值在 SM 中为 0.2317 ± 0.0004，在 MSSM 中为 0.2315 ± 0.0004，表明两模型之间具有极佳的一致性。
• 数据质量的提升降低了 R_b 的张力，减弱了当前框架下对新物理的需求，尽管 MSSM 仍可解释残余偏差。
• 尽管理论上有吸引力，由于额外自由参数带来的惩罚，MSSM 并未在贝叶斯概率上优于 SM。