[論文レビュー] A Light Supersymmetric Higgs Sector Hidden by a Standard Model-like Higgs

A. Delgado, Germano Nardini+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 4, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 42被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、電弱階層問題を安定化させるとともに軽いヒッグス系を実現する実トライプレットヒッグス場を導入した標準模型の超対称的拡張を提案する。小さなtanβにおける'SMに類似した点'では、最も軽いCP偶性ヒッグス（h）が、チャージノのループによる40%の増幅が生じる可能性を除き、すべての標準模型の結合定数を再現する。この点はMSSMには存在しないが、追加のシングレットやトリプレットを持つ理論では可能であり、新物理が存在するにもかかわらず、現在のLHCデータと整合的である。

ABSTRACT

Extending the Higgs sector of the MSSM by triplets alleviates the little hierarchy problem and naturally allows for enhancements in the diphoton decay rate of the lightest CP-even Higgs h. In the present paper we analyze in detail the Higgs phenomenology of this theory with m_h~126 GeV. We mostly focus on a light Higgs sector where the pseudoscalar A, the next-to-lightest CP-even scalar H and the charged H^\pm Higgses are naturally at the electroweak scale. It turns out that for any value m_A > m_h there is a parameter region at small tan(beta) where the CP-even Higgs sector appears at colliders as the SM one, except for loop-induced corrections. Notably the existence of this SM-like point, which is absent in the MSSM, is shared with supersymmetric theories where there are extra singlets. We also highlight a second parameter region at small m_A and small tan(beta) where the h signal strengths, diphoton channel included, are SM-like except those of bottoms and taus which can have at most a 10-15 % splitting. Improvements in the A and H^\pm searches are worthwhile in order to discriminate this scenario from the SM.

研究の動機と目的

• MSSMにおける小さな階層問題を、実トライプレット場によるヒッグス系の拡張によって解決すること。
• 電弱スケールにA、H、H±が存在する軽いヒッグス系が、標準模型に類似したヒッグス結合を再現できるかを調査すること。
• 観測されたヒッグス（mh ≈ 126 GeV）が、新物理が存在するにもかかわらず、樹形結合において標準模型に類似した性質を示すパラメータ領域を同定すること。
• 現在のLHCヒッグス信号強度データを踏まえたモデルの臨床的妥当性を調査すること。
• このモデルを標準模型と区別するための、中間子Aおよび電荷付きヒッグスH±の探索の重要性を強調すること。

提案手法

• 超対称のSU(2)_L トライプレット場（ hypercharge Y=0 ）を導入し、新しい超ポテンシャル項λを追加することでMSSMのヒッグス系を拡張する。
• ストップおよびスカラートライプレットからの1ループ放射補正を含めたヒッグスポテンシャルと質量行列を分析する。
• hの樹形結合が標準模型と一致する'SMに類似した点'の解析的条件を、最小化条件および質量行列の対角化を用いて導出する。
• ブランチ比および生成断面積（特にh→γγ、bb、ττ）を計算し、チャージノループ寄与を含める。
• パラメータ（m_A、tanβ、λ）の数値スキャンを実施し、実験的不確実性内に信号強度が一致する領域を同定する。
• H→bbおよびH→ττのレートが10%未満に抑えられることで、LHCにおける重いヒッグスの非観測が説明可能であることを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 実トライプレットによるMSSMの拡張は、最も軽いCP偶性ヒッグス（h）がW、Z、フェルミオンへの結合において標準模型に類似した性質を示す軽いヒッグス系を生成できるか？
• RQ2 h→γγの崩壊レートが最大40%増幅される一方で、他の信号強度が標準模型の予測と整合的であるようなパラメータ領域はどこか？
• RQ3 なぜこのトライプレットモデルではSMに類似した点が存在するが、最小限のMSSMでは存在しないのか？
• RQ4 チャージノからの放射補正は、二光子崩壊レートやその他のループ誘導過程にどのように影響を与えるか？
• RQ5 このモデルにおいて、LHCでの重いヒッグス（H）の非観測は、BR(H→bb, ττ)の強い抑制によって説明可能か？

主な発見

• m_A ≥ m_h であれば、任意のm_Aに対して小さなtanβにおける'SMに類似した点'が存在し、最も軽いヒッグスhのSM粒子（W、Z、b、t、τ）へのすべての樹形結合が標準模型の値と正確に一致する。
• このSMに類似した点において、チャージノループ寄与によりh→γγの崩壊レートが最大40%増幅される可能性がある。これはチャージノ質量スケールに依存する。
• 小さなm_Aおよび小さなtanβにおける第二のパラメータ領域が存在し、W、Z、γ、トップクォークの信号強度は標準模型に類似しているが、ボトムおよびタウの崩壊ではループ補正により最大15%のずれが生じる。
• 重いヒッグス（H）のbbおよびττへのブランチ比は、標準模型の期待値の10%未満に抑えられ、LHCにおける非観測が説明可能である。
• 中間子Aおよび電荷付きヒッグスH±は、このモデルを標準模型と区別するための最も有望な発見チャンネルであり、特に低m_A領域で顕著である。
• 解析的導出により、SMに類似した点において、sin²α_c = cos²β_c がm_Aに依存せず成立することが確認され、これはデカップリング限界の振る舞いと一致する。