Supersymmetry after Higgs discovery

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1 Supersymmetry after Higgs discovery

2 Congratulations!!! July October 8 R. Brout ( )

3 Congratulations!!! July October 8 R. Brout ( )

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6 = 1 2 p 2 G F ' (174 GeV)

7 = 1 2 p 2 G F ' (174 GeV) 2 ' (126 GeV)

8 = 1 2 p 2 G F ' (174 GeV) 2 ' (126 GeV)

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10 Higgs

11 Higgs

12 Higgs

13 (1) small neutrino masses L = L SM N R(i/@ + M R )N R + y N R`LH + h.c. Higgs R.H.neutrino (2) matter unification in 16 of SO(10) (3) Leptogenesis

14 Higgs Right-handed Neutrino mass Higgs (1) small neutrino masses L = L SM N R(i/@ + M R )N R + y N R`LH + h.c. Higgs R.H.neutrino (2) matter unification in 16 of SO(10) (3) Leptogenesis

15 U e ( d )L ( U)R d - - ( )R ( )L (3,2)+1/6 (3,1)-2/3 (3,1)+1/3 (1,2)-1/2 νe ( e )R (1,1)+1 N (1,1)+1 (1,1) ( e R) d L U R e R νe L d R N1 U 16 (1) small neutrino masses L = L SM + 1 ( ) 2 N R(i/@ + M R )N R + y N R`LH + h.c. ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Higgs R.H.neutrino (2) matter unification in 16 of SO(10) (3) Leptogenesis

16 (1) small neutrino masses L = L SM N R(i/@ + M R )N R + y N R`LH + h.c. N e h ē N Higgs R.H.neutrino h (2) matter unification in 16 of SO(10) (3) Leptogenesis

17 (1) small neutrino masses L = L SM N R(i/@ + M R )N R + y N R`LH + h.c. Higgs R.H.neutrino (2) matter unification in 16 of SO(10) (3) Leptogenesis

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19 fine-tuning problem (fine tuning like ) little no fine-tuning 1 2 m2 Higgs ' µ 2 + m 2(tree) H u + m 2(loop) H u ( little fine tuning or or...)

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21 SUSY after Higgs discovery 0. Introduction: GeV Higgs + naturalness GeV Higgs + Coupling Unification 126 GeV Higgs + Dark Matter GeV Higgs + Muon g-2

22 SUSY after Higgs discovery 0. Introduction: (...done) GeV Higgs + naturalness GeV Higgs + Coupling Unification 126 GeV Higgs + Dark Matter GeV Higgs + Muon g-2

23 SUSY after Higgs discovery 0. Introduction: (...done) GeV Higgs + naturalness GeV Higgs + Coupling Unification 126 GeV Higgs + Dark Matter GeV Higgs + Muon g-2

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26 g 2 cos cos 2 W ' cos 2 2

27 g 2 cos cos 2 W ' cos 2 2 for large tan. ( ' A t /m stop )

28 126 GeV Higgs + naturalness は で Y S SU P.Draper, P.Meade, M.Reece, S.Shih 11 small A-term の場合 g 2 cos2 2 2 ' cos cos W for large tan. ( ' At /mstop ) 重いstop and/or 大きなA-termが必要 13年10月28日月曜日

29 126 GeV Higgs + naturalness は で Y S SU P.Draper, P.Meade, M.Reece, S.Shih 11 small A-term の場合 g 2 cos2 2 2 ' cos cos W for large tan. ( ' At /mstop ) 重いstop and/or 10 TeV 3-loop入れると3 4 TeV?! Feng et.al. [ ] 13年10月28日月曜日 大きなA-termが必要

30 g 2 cos cos 2 W ' cos 2 2 for large tan. ( ' A t /m stop )

31 126 GeV Higgs + naturalness 一方 2 2 m ' µ + 2 (tree) mh u + 2 (loop) mhu up to O 1 tan2 g 2 cos2 2 2 ' cos cos W for large tan. ( ' At /mstop ) 重いstop and/or 大きなA-termが必要 13年10月28日月曜日

32 126 GeV Higgs + naturalness 一方 2 2 m ' µ + 2 (tree) mh u + 2 (loop) mhu up to O 1 tan2 μが大きいほど fine-tuned 例えば µ ' 1 TeV なら m2 ' (1000 GeV)2 (1004 GeV)2 tuning を避けるには 軽い Higgsino 13年10月28日月曜日 g 2 cos2 2 2 ' cos cos W for large tan. ( ' At /mstop ) 重いstop and/or 大きなA-termが必要

33 126 GeV Higgs + naturalness 一方 2 2 m ' µ + 2 (tree) mh u + 2 (loop) mhu さらに 2 (loop) mhu 3yt2 8 2 m2tf + m2tf + At 2 log L R Mmess met tuning を避けるには g 2 cos2 2 2 ' cos cos W + for large tan. ( ' At /mstop ) 軽い stop and 重いstop and/or 小さなA-termが必要 大きなA-termが必要 13年10月28日月曜日

34 126 GeV Higgs + naturalness 一方 2 2 m ' µ + 2 (tree) mh u + 2 (loop) mhu さらに 2 (loop) mhu 3yt2 8 2 m2tf + m2tf + At 2 log L R tuning を避けるには Mmess met g 2 cos2 2 2 ' cos cos W +! 盾 矛 for large tan. ( ' At /mstop ) 軽い stop and 重いstop and/or 小さなA-termが必要 大きなA-termが必要 13年10月28日月曜日

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36 m 2 Higgs / / H

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43 Many many related works recently... (too many to list all...) Ibe,Yanagida 11, Ibe,Matsumoto,Yanagida 12, Bhattacherjee,Feldstein,Ibe,Matsumoto,Yanagida 12, Hall,Nomura 11, Hall,Nomura,Shirai 12, Giudice,Strumia 11, Arvanitaki,Craig,Dimopoulos,Villadoro 12 Arkani-Hamed,Gupta,Kaplan,Weiner,Zorawski 12, Ibanez,Valenzuela 13, Jeong,Shimosuka,Yamaguchi 11, Hisano,Ishiwata,Nagata 12, Sato,Shirai,Tobioka 12, Moroi,Nagai 13, McKeen,Pospelov,Ritz 13, Hisano,Kuwahara,Nagata 13, Hisano,Kobayashi,Kuwahara,Nagata 13, etc etc...

44 SUSY after Higgs discovery 0. Introduction: GeV Higgs + naturalness GeV Higgs + Coupling Unification 126 GeV Higgs + Dark Matter GeV Higgs + Muon g-2

45 SUSY after Higgs discovery 0. Introduction: GeV Higgs + naturalness (...done) GeV Higgs + Coupling Unification 126 GeV Higgs + Dark Matter GeV Higgs + Muon g-2

46 SUSY after Higgs discovery 0. Introduction: GeV Higgs + naturalness (...done) GeV Higgs + Coupling Unification 126 GeV Higgs + Dark Matter GeV Higgs + Muon g-2

47 126 GeV Higgs + Dark Matter 126 GeV Higgs + coupling unification

48 126 GeV Higgs + Dark Matter 126 GeV Higgs + coupling unification No problem!

49 126 GeV Higgs + Dark Matter 126 GeV Higgs + coupling unification No problem! CMSSM

50 126 GeV Higgs + Dark Matter 126 GeV Higgs + coupling unification No problem! CMSSM Benchmark model points shown in , Cohen Wacker Stau coannihilation neutralino DM Higgs fine-tuning

51 126 GeV Higgs + Dark Matter 126 GeV Higgs + coupling unification No problem! CMSSM OK SUSY OK

52 126 GeV Higgs + Dark Matter 126 GeV Higgs + coupling unification No problem! CMSSM OK SUSY OK

53 Who supports low scale (< TeV) SUSY? coupling unification WIMP DM (little) hierarchy

54 Who supports low scale (< TeV) SUSY? coupling unification WIMP DM (little) hierarchy

55 Who supports low scale (< TeV) SUSY? coupling unification g -2!! WIMP DM (little) hierarchy

56 SUSY after Higgs discovery 0. Introduction: GeV Higgs + naturalness GeV Higgs + Coupling Unification 126 GeV Higgs + Dark Matter GeV Higgs + Muon g-2

57 GeV Higgs + muon g-2 based on recent works M.Endo, KH, S.Iwamoto, N.Yokozaki, arxiv: , , M.Endo, KH, S.Iwamoto, K.Nakayama, N.Yokozaki, arxiv: M.Endo, KH, K.Ishikawa, S.Iwamoto, N.Yokozaki, arxiv: M.Endo, KH, S.Iwamoto, T.Yoshinaga, arxiv: M.Endo, KH, T.Kitahara, T.Yoshinaga, arxiv: M.Endo, KH, S.Iwamoto, T.Kitahara, T.Moroi, arxiv:

58 GeV Higgs + muon g-2 based on recent works M.Endo, KH, S.Iwamoto, N.Yokozaki, arxiv: , , M.Endo, KH, S.Iwamoto, K.Nakayama, N.Yokozaki, arxiv: M.Endo, KH, K.Ishikawa, S.Iwamoto, N.Yokozaki, arxiv: M.Endo, KH, S.Iwamoto, T.Yoshinaga, arxiv: M.Endo, KH, T.Kitahara, T.Yoshinaga, arxiv: M.Endo, KH, S.Iwamoto, T.Kitahara, T.Moroi, arxiv:

59 GeV Higgs + muon g-2 based on recent works M.Endo, KH, S.Iwamoto, N.Yokozaki, arxiv: , , M.Endo, KH, S.Iwamoto, K.Nakayama, N.Yokozaki, arxiv: M.Endo, KH, K.Ishikawa, S.Iwamoto, N.Yokozaki, arxiv: M.Endo, KH, S.Iwamoto, T.Yoshinaga, arxiv: M.Endo, KH, T.Kitahara, T.Yoshinaga, arxiv: M.Endo, KH, S.Iwamoto, T.Kitahara, T.Moroi, arxiv:

60 > 3σ deviation! [Hagiwara, Liao, Martin, Nomura, Teubner, arxiv: See also references therein!]

61 > 3σ deviation! [Hagiwara, Liao, Martin, Nomura, Teubner, arxiv: See also references therein!]

62 > 3σ deviation!

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69 Idea: In MSSM, Y top (and A top ) raises the Higgs mass. --> Add new vector-like matters with a Yukawa coupling to Higgs. W = Y top Q 3 U 3 Hu + Y Q U Hu m 2 Higgs / H (' 0.13) = (tree) H + (loop) H (loop) H / Y 4 top (top, stop-loop)

70 Idea: In MSSM, Y top (and A top ) raises the Higgs mass. --> Add new vector-like matters (10+10bar) with a Yukawa coupling to Higgs. W = Y top Q 3 U 3 Hu + Y Q U Hu m 2 Higgs / H (' 0.13) = (tree) H + (loop) H (loop) H / Y 4 top (top, stop-loop) +Y 04 (new vector-loop)

71 V-GMSB = gauge mediation (GMSB) + vector-like matter

72 V-GMSB muon g-2 explained (1 ) (2 ) M.Endo, KH, K.Ishikawa, S.Iwamoto, N.Yokozaki, arxiv:

73 V-GMSB muon g-2 explained (1 ) (2 ) Higgs mass GeV M.Endo, KH, K.Ishikawa, S.Iwamoto, N.Yokozaki, arxiv:

74 V-GMSB muon g-2 explained (1 ) (2 ) Higgs mass GeV g-2 and Higgs mass are explained simultaneously! M.Endo, KH, K.Ishikawa, S.Iwamoto, N.Yokozaki, arxiv:

75 V-GMSB muon g-2 explained (1 ) (2 ) Higgs mass GeV LHC constraints? M.Endo, KH, K.Ishikawa, S.Iwamoto, N.Yokozaki, arxiv:

76 V-GMSB NLSP = stau LHC signal = long-lived charged particle NLSP = neutralino LHC signal = jets + missing energy M.Endo, KH, K.Ishikawa, S.Iwamoto, N.Yokozaki, arxiv:

77 V-GMSB already excluded M.Endo, KH, K.Ishikawa, S.Iwamoto, N.Yokozaki, arxiv:

78 V-GMSB already excluded M.Endo, KH, K.Ishikawa, S.Iwamoto, N.Yokozaki, arxiv:

79 V-GMSB M.Endo, KH, K.Ishikawa, S.Iwamoto, N.Yokozaki, arxiv:

80 V-GMSB M.Endo, KH, K.Ishikawa, S.Iwamoto, N.Yokozaki, arxiv:

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84 µ = M 2 =2M 1 tan = 40 m R m L

85 µ = M 2 =2M 1 tan = 40 m R m L

86 muon g-2 vs LHC まず8TeV µ = M2 = 2M1 tan mr = 40 ml > m 2 > m` で e ad m 1 n o pt る 出 e l 3 c s ca ここはすでに 3-lepton search で excluded. ATLAS 13fb-1@8TeV の結果を解釈 20fb-1 でさらに伸びるはず M.Endo, KH, S.Iwamoto, T.Yoshinaga [arxiv: ] 13年10月28日月曜日

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89 m ` > m 2 > m 1 2! 1 + W/Z/h

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97 ILCの精密測定を使って g-2 への SUSY粒子の寄与を モデルポイント 再構成出来るか 各パラメータ測定 13年10月28日月曜日

98 ILCの精密測定を使って g-2 への SUSY粒子の寄与を モデルポイント 再構成出来るか 各パラメータ測定 13年10月28日月曜日

99 SUSY after Higgs discovery GeV Higgs + naturalness % tuning GeV Higgs + Coupling Unification 126 GeV Higgs + Dark Matter GeV Higgs + Muon g TeV LHC and/or ILC

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101 126 GeV Higgs + Dark Matter 126 GeV Higgs + coupling unification No problem! CMSSM Benchmark model points shown in , Cohen Wacker Well tempered neutralino DM Higgs fine-tuning

102 126 GeV Higgs + Dark Matter 126 GeV Higgs + coupling unification No problem! CMSSM Benchmark model points shown in , Cohen Wacker Well tempered gluino squark stop outside the 13 TeV LHC reach neutralino DM Higgs fine-tuning

103 126 GeV Higgs + Dark Matter 126 GeV Higgs + coupling unification No problem! CMSSM Benchmark model points shown in , Cohen Wacker Well tempered gluino squark stop at the edge of XENON100 exclusion outside the 13 TeV LHC reach neutralino DM Higgs fine-tuning

104 126 GeV Higgs + Dark Matter 126 GeV Higgs + coupling unification No problem! CMSSM Benchmark model points shown in , Cohen Wacker Well tempered pure Higssino limit neutralino DM Higgs fine-tuning

105 126 GeV Higgs + Dark Matter 126 GeV Higgs + coupling unification No problem! CMSSM Benchmark model points shown in , Cohen Wacker Well tempered pure Higssino limit gluino squark stop outside the 13 TeV LHC reach neutralino DM Higgs fine-tuning

106 126 GeV Higgs + Dark Matter 126 GeV Higgs + coupling unification No problem! CMSSM Benchmark model points shown in , Cohen Wacker Well tempered pure Higssino limit gluino squark stop Multi-ton direct detection experiments may probe this point. outside the 13 TeV LHC reach neutralino DM Higgs fine-tuning

107 from talk by Hokkaido Winter School 13

108 µ µ A 0

109 µ µ A 0

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