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地下素核研究
2014/8/23 Osaka
Bino-Higgsino Mixed Dark
Matter in a Focus Point
Gaugino Mediation
Norimi Yokozaki (Kavli IPMU)
参考文献: 柳田・横崎 (2013-2014)
話の流れ
超対称性によって電弱対称性の破れの起源が理解でき
るならば、ヒッグシーノは軽い。質量はO(100)GeV。
Focus Point Gaugino Mediation (柳田・横崎）は
これを説明する
ヒッグシーノとビーノが混ざったニュートラリーノ（暗
黒物質候補）は直接探索実験のよいターゲット
(一部はすでに排除されている）
なぜ超対称性か
• ゲージ結合定数の統一
• 暗黒物質の候補がある
• 2次発散がない
なぜ超対称性か
• ゲージ結合定数の統一
• 暗黒物質の候補がある
• 2次発散がない
電弱対称性の破れの起源
を説明しうる
なぜ超対称性か
• ゲージ結合定数の統一
• 暗黒物質の候補がある
• 2次発散がない
電弱対称性の破れの起源
を説明しうる
電弱対称性の破れと超対称模型
V
m |H| +
2
2
2
gY
+
8
2
g2
cos 2
negative
電弱対称性の破れ
のスケール
|H| + . . .
2
4
In the decoupling limit
H0
174GeV
From スーパーポテンシャル
W = µHu Hd
m2
(m2Hu + µ2 )
m2Z
2
ヒッグシーノ質量
up to (1/tan2β)
電弱対称性の破れと超対称模型
V
2
gY
m |H| +
2
2
+
8
2
g2
negative
cos 2
|H| + . . .
2
4
In the decoupling limit
SUSYではなぜnegativeか
電弱対称性の破れ なぜ電弱対称性が破れるのか
H0
174GeV
のスケール
が説明できる
From スーパーポテンシャル
W = µHu Hd
m2
(m2Hu + µ2 )
m2Z
2
ヒッグシーノ質量
up to (1/tan2β)
Radiative correctionによって
ヒッグスポテンシャルの２次の項が
negativeになる
Radiative correctionによって
ヒッグスポテンシャルの２次の項が
negativeになる
ただし超対称粒子が重い場合には、なぜ
電弱対称性の破れのスケールが100GeV
なのかを理解するのは難しい。
一番の難点はHiggs mass!
The Higgs boson mass vs. SUSY
mh 125GeVを説明するにはス
トップの質量項が大きくなくて
はならない
(radiative correctionで持ち上げている)
ストップ
H
H
H
H
The Higgs boson mass vs. SUSY
m0=m1/2
Stop mass 4-5TeV is required
[T. Hahn, S. Heinemeyer, W. Hollik, H. Rzehak, G. Weiglein, 2013]
The Higgs boson mass vs. SUSY
m0=m1/2
Stop mass 4-5TeV is required
[T. Hahn, S. Heinemeyer, W. Hollik, H. Rzehak, G. Weiglein, 2013]
4TeV stop
-4000GeV2
-5,200,000GeV2
4TeV stop
-4000GeV2
-5,200,000GeV2
Fine-tuning!
(0.1%)
4TeV stop
-5,200,000+(1-7.7x10-5)x5,200,000
-4000
-4000GeV2
-5,200,000GeV2
Fine-tuning!
(0.1%)
4TeV stop
-5,200,000+(1-7.7x10-5)x5,200,000
-4000
電弱対称性の破れのスケールがなぜ
100 GeVなのかを理解できていない2
-4000GeV
-5,200,000GeV2
EWSB scaleの起源をSUSY
breakingから理解できるか？
いいかえると
MildなFine-tuningですむ模型があるか？
EWSB scaleの起源をSUSY
breakingから理解できるか？
いいかえると
MildなFine-tuningですむ模型があるか？
Focus point!
EWSB scaleの起源をSUSY
breakingから理解できるか？
いいかえると
MildなFine-tuningですむ模型があるか？
Focus point!
• UV physicsに特別な関係があり、
EWSB scaleがSUSY particle scale
から理解できる。
Focus point gaugino mediation
[Yanagida, Yokozaki ’13]
Focus point gaugino mediation
[Yanagida, Yokozaki ’13]
M3/M2
Very simple
１つのパラメータでFocus pointがき
まる。
Binoの質量はあまり関係ない。
Focus point gaugino mediation
[Yanagida, Yokozaki ’13]
SUSY particle massはradiative correctionによっ
てGaugino massから与えられる
gluino massとwino massの比が M3/M2 3/8 ならば
fine-tuningが非常に良くなる。
2
mHu (2.5TeV)
2
0.006M2
for M3 /M2 = 3/8
The running of mHu2 (TeV2)
（期待されるEWSBの２乗)
1
0
-1
-2
-3
750GeV
1125GeV
m2Z /2
1500GeV
1875GeV
-4
16
103 104 105 106 107 108 109 10101011101210131014101510
1016
renormalization scale (GeV)
universal case
For almost same gluino mass
The running of mHu2 (TeV2)
（期待されるEWSBの２乗)
5
1
0
-1
-2
-3
750GeV
1125GeV
5000GeV
4
m2Z /2
1500GeV
3
3
2
2
1
1
0
1875GeV
4000GeV
3000GeV
M2=2000GeV
2
mZ /2
-4
-1
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 3
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
1016 104 105 106 107 108 109 101010111012101310141015101
10
renormalization scale (GeV)
renormalization scale (GeV)
universal case
M2:M3=8:3 case
For almost same gluino mass
The running of mHu2 (TeV2)
（期待されるEWSBの２乗)
5
1
0
-1
-2
-3
750GeV
1125GeV
1500GeV
5000GeV
4
m2Z /2
Higgs massを説明
するのに必要
3
3
2
2
1
1
0
1875GeV
4000GeV
3000GeV
M2=2000GeV
2
mZ /2
-4
-1
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 3
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
1016 104 105 106 107 108 109 101010111012101310141015101
10
renormalization scale (GeV)
renormalization scale (GeV)
universal case
M2:M3=8:3 case
For almost same gluino mass
The running of mHu2 (TeV2)
（期待されるEWSBの２乗)
5
1
0
-1
-2
-3
750GeV
1125GeV
1500GeV
5000GeV
4
m2Z /2
Higgs massを説明
するのに必要
3
3
2
2
1
1
0
1875GeV
4000GeV
3000GeV
M2=2000GeV
2
mZ /2
-4
-1
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 3
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
1016 104 105 106 107 108 109 101010111012101310141015101
10
renormalization scale (GeV)
renormalization scale (GeV)
universal case
M2:M3=8:3 case
For almost same gluino mass
The running of mHu2 (TeV2)
（期待されるEWSBの２乗)
5
1
0
-1
-2
-3
750GeV
1125GeV
1500GeV
5000GeV
4
m2Z /2
Higgs massを説明
するのに必要
3
3
2
2
1
1
0
1875GeV
4000GeV
Focus
Point
3000GeV
Gaugino
Mediation
M2=2000GeV
2
mZ /2
-4
-1
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 3
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
1016 104 105 106 107 108 109 101010111012101310141015101
10
renormalization scale (GeV)
renormalization scale (GeV)
universal case
M2:M3=8:3 case
For almost same gluino mass
The running of mHu2 (TeV2)
（期待されるEWSBの２乗)
5
1
0
-1
-2
-3
750GeV
1125GeV
1500GeV
5000GeV
4
m2Z /2
この差がμ2
Higgsinoは重い
3
3
2
2
1
1
0
1875GeV
4000GeV
Focus
Point
3000GeV
Gaugino
Mediation
M2=2000GeV
2
mZ /2
Higgsinoは軽い（予言）
-4
-1
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 3
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
1016 104 105 106 107 108 109 101010111012101310141015101
10
renormalization scale (GeV)
renormalization scale (GeV)
universal case
M2:M3=8:3 case
For almost same gluino mass
The running of mHu2 (TeV2)
（期待されるEWSBの２乗)
5
1
0
-1
-2
-3
750GeV
1125GeV
1500GeV
5000GeV
4
m2Z /2
この差がμ2
Higgsinoは重い
1875GeV
3
3
2
2
1
1
0
4000GeV
Focus
Point
3000GeV
Gaugino
Mediation
M2=2000GeV
2
mZ /2
Higgsinoは軽い（予言）
-4
-1
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 3
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
1016 104 105 106 107 108 109 101010111012101310141015101
10
renormalization scale (GeV)
renormalization scale (GeV)
universal case
M2:M3=8:3 case
電弱対称性の破れとそのスケールが説明できる
ことの帰結としてDMになりうる軽いヒッグシ
For almost same gluino mass
ーノが予言される
Higgs mass
ラフに解釈すると
1%のチューニング
ヒッグシーノは
650GeV以下
2%
ヒッグシーノは
450GeV以下
(M1=M2, tanβ=20)
Higgs mass
暗黒物質候補！
ラフに解釈すると
1%のチューニング
ヒッグシーノは
650GeV以下
2%
ヒッグシーノは
450GeV以下
(M1=M2, tanβ=20)
ビーノが混ざっている状況を考える
0.4
DMの残存量
=観測値
M1/M2
[micrOMEGAs]
fine-tuning
0.35
400
20倍位良い
0.25
50
70
100
300
0.15
0.1
3000
2%
測値とconsistent
0.3
0.2
neutralino
mass (GeV)
Higgs massの観
200
3400
3800
4200
M2 (GeV)
4600
5000
0.4
DMの残存量
=観測値
[micrOMEGAs]
fine-tuning
0.35
400
Higgs massの観
2%
測値とconsistent
0.3
M1/M2
ここら辺
0.25
50
0.2
neutralino
mass (GeV)
100
300
0.15
0.1
3000
70
200
3400
3800
4200
M2 (GeV)
4600
[Fig from Supersymmetric Dark Matter]
5000
0.4
DMの残存量
=観測値
M1/M2
[micrOMEGAs]
fine-tuning
0.35
400
2%
測値とconsistent
0.3
0.25
50
0.2
neutralino
mass (GeV)
Higgs massの観
100
300
0.15
0.1
3000
70
200
3400
3800
4200
M2 (GeV)
4600
5000
0.4
DMの残存量
=観測値
M1/M2
[micrOMEGAs]
0.35
0.3
Fine-tuningも良い
Higgs massの観
DMも説明できる
400
測値とconsistent
いいことだらけ？
0.25
50
0.2
neutralino
mass (GeV)
2%
100
300
0.15
0.1
3000
70
fine-tuning
200
3400
3800
4200
M2 (GeV)
4600
5000
0.4
DMの残存量
=観測値
M1/M2
[micrOMEGAs]
0.35
0.3
0.25
0.2
neutralino
mass (GeV)
Fine-tuningも良い
Higgs massの観
DMも説明できる
400
測値とconsistent
いいことだらけ？
50
2%
100
ただし、直接観測実験で
300
（厳しく）制限される
0.15
0.1
3000
70
fine-tuning
200
3400
3800
4200
M2 (GeV)
4600
5000
0.4
DMの残存量
=観測値
M1/M2
[micrOMEGAs]
0.35
0.3
0.25
neutralino
mass (GeV)
0.15
0.1
3000
fine-tuning
2%
ノ
ー
リ
ニュ
ー
トラ
リ
ーノ
ラ
ト
ー
50
ュ
ニ
70
100
ただし、直接観測実験で
断面積が300
（厳しく）制限される
大きい！
ヒッグス
0.2
Fine-tuningも良い
Higgs massの観
DMも説明できる
400
測値とconsistent
核子ーニュートラリーノ散乱
いいことだらけ？
200
3400
ク
ク 3800
ー
ォ
4200 クォ4600
ーク
M2 (GeV)
5000
0.4
0.35
Higgs massの観測値
400
M1/M2
0.3
SI cross section
(x10-45cm2)
[micrOMEGAs]
0.25
0.2
6
8
4
2
4
0.5
6
2
50
1
0.5
1
70
100
300
0.15
0.1
0.1
3000
とconsistent
3400
200
3800
4200
M2 (GeV)
st
au
LS
P
4600
5000
0.4
0.35
Higgs massの観測値
400
M1/M2
0.3
SI cross section
(x10-45cm2)
[micrOMEGAs]
0.25
0.2
6
8
4
2
4
0.5
6
2
4x10-45cm2
1
0.5
50
1
70
100
300
0.15
0.1
0.1
3000
とconsistent
3400
200
3800
4200
M2 (GeV)
st
au
LS
P
4600
5000
0.4
0
0
n1
0.35
X
Higgs massの観測値
400
M1/M2
0.3
SI cross section
(x10-45cm2)
[micrOMEGAs]
0.25
0.2
4
2
1
0.5
0.5
2
4x10-45cm2
50
1
70
100
300
0.15
0.1
0.1
3000
X
とconsistent
U
L
-45cm2
上限は
3x10
8 6 4
for 200-300GeV
6
o
n
e
3400
200
3800
4200
M2 (GeV)
st
au
LS
P
4600
5000
0.4
0.35
Higgs massの観測値
400
M1/M2
0.3
SI cross section
(x10-45cm2)
[micrOMEGAs]
0.25
0.2
6
8
4
2
0.5
0.5
2
lu
de
1
d!
50
1
70
100
300
0.15
0.1
0.1
3000
4
Ex
c
6
とconsistent
3400
200
3800
4200
M2 (GeV)
4600
5000
0.4
0.35
M1/M2
0.3
SI cross section
(x10-45cm2)
[micrOMEGAs]
Higgs massの観測値
DMの残存量は、重い粒子(例え
400
とconsistent
ばグラビティーノ）からの崩壊
8 6 4
0.5
E
でできるもので説明可能
xc
4
2
0.25
0.2
2
6
de
1
0.5
1
d!
50
70
100
300
0.15
0.1
0.1
3000
lu
3400
200
3800
4200
M2 (GeV)
4600
5000
0.4
0.35
400
8
M1/M2
0.3
SI cross section
(x10-45cm2)
[micrOMEGAs]
0.25
0.2
4
2
1
6
とconsistent
4
0.5
M1=M2=4400GeV
Ex
2
6 clu
1
dem0=0,
d! 50
70 100
M2/M3=8/3
0.5
300
mLSP=369GeV
σSI 10-46cm2
0.15
0.1
0.1
3000
Higgs massの観測値
3400
200
3800
4200
M2 (GeV)
4600
5000
将来実験
Xenon1T
DarkSide-G2
LUX-ZEPLIN(LZ) XMASS
10-46cm2
はカバーされる
[ http://www.pa.ucla.edu/sites/default/files/webform/140226_DM2014_Gaitskell_Review_v06.pdf ]
まとめ
• Focus Point Gaugino Mediationは電
弱対称性の破れを理解するLast hope
かもしれない
• このとき軽いヒッグシーノは予言であ
り、暗黒物質の候補
• 暗黒物質直接検出の将来実験では、見
えるか排除される