[論文レビュー] A Rediatively Light Stop Saves the Best Global Fit for Higgs Boson Mass and Decays

Zhaofeng Kang, Tianjun Li+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 13, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 11

ひとこと要約

本稿では、大きな負のグルーギの放射修正によってスカラーオブジェクトの極値質量が顕著に低下する放射的に軽いストップクォークが、観測されたヒッグス粒子質量（約125 GeV）とヒッグス粒子の崩壊異常（特に$Γ(h\to gg)$の抑制と$Γ(h\to\gamma\gamma)$の増強）の最良のグローバルフィット（BGF）を同時に説明できることを提案している。$M_3 \lesssim 1.5$ TeVで最小の調整を伴うNMSSMにおいて、$m_{\tilde{t}_1} \approx 130$ GeVのストップ質量は現在のLHCの制限を回避し、重いグルーギを必要とせずBGFに適合する。

ABSTRACT

The LHC discovered the Standard Model (SM) like Higgs boson with mass around 125 GeV. However, there exist hints of deviations from Higgs decays. Including the Tevatron data, the deviations can be explained by the extremely mixed stop sector in the sense of best global fit (BGF). We analyze the relations among the competing reduced coupling hGG, Higgs boson mass,and LHC stop mass m_{\wt t_1} lower bound at the tree- and one-loop level. In particular, we point out that we use the light stop running mass in the Higgs boson mass calculation while the light stop pole mass in the Higgs decays. So the gluino radiative correction on the light stop mass plays the crucial role. Its large negative correction saves the GBF in the Minimal Supersymmetric SM (MSSM) and the next to the MSSM (NMSSM) constrained by the perturbativity. Moreover, a light stop is predicted: in the MSSM if we set the gluino mass M_3\lesssim4 TeV, we have m_{\wt t_1}

研究の動機と目的

• 観測されたヒッグス粒子質量（約125 GeV）と、$Γ(h\to gg)$の抑制と$Γ(h\to\gamma\gamma)$の増強を含むヒッグス粒子崩壊異常に関する最良のグローバルフィット（BGF）との間に生じる矛盾を解消すること。
• SMに類似したヒッグス粒子が重いため、MSSMおよびNMSSMでBGFが実現可能かどうかを調査すること。
• 軽いストップクォークがBGFに適合しつつLHCの除外限界を回避できる条件を同定すること。
• グルーギの放射修正がストップの極値質量をトップクォークの質量以下に低下させ、BGFを可能にする役割を検討すること。

提案手法

• MSSMおよびNMSSMにおけるヒッグス粒子質量の1ループ補正を用い、ストップ混合パラメータ$\eta_t = X_t / m_{\tilde{t}}$を考慮する。
• ヒッグス粒子質量計算にはランニングストップ質量を、ヒッグス粒子崩壊幅計算には極値質量を用い、グルーギの放射修正の重要性を強調する。
• 標準模型（SM）からのずれを定量化するために、縮小された結合係数$c_g = \Gamma(h\to gg)/\Gamma^{\rm SM}(h\to gg)$および$c_\gamma = \Gamma(h\to\gamma\gamma)/\Gamma^{\rm SM}(h\to\gamma\gamma)$を用いる。
• 7 TeVのLHCにおける初期状態放射（ISR）を伴うストップ対生成を、$x_{\rm qcut} = 30$ GeVおよびシャワーキネマティックスケール（shower-kt）におけるQCUT = 50 GeVを用いてMadGraph5でシミュレートする。
• Pythiaを用いてパートンシャワーリング、ハドロン化、PGSによる検出器シミュレーションを実施し、信号領域をATLASのジャケット＋$E_T^{\rm miss}$探索限界と比較する。
• Prospino2を用いてk要因を計算し、NLO補正を推定したところ、$m_{\tilde{t}_1} \sim 130$ GeVでは$K \approx 1.5$の値が得られた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MSSMおよびNMSSMにおいて、ヒッグス粒子質量が約125 GeVであるにもかかわらず、ヒッグス粒子崩壊の最良のグローバルフィット（BGF）が実現可能かどうか。
• RQ2 グルーギの放射修正がストップの極値質量に与える影響は何か。また、それらが軽いストップがBGFに適合可能にするか。
• RQ3 最小の調整を伴うNMSSMにおいて、BGFとLHC制限を満たす最小のストップ質量は何か。
• RQ4 なぜ$m_{\tilde{t}_1} < m_t$の軽いストップが現在のLHC探索を回避できるのか。どのような崩壊トポロジーがこれを可能にするか。
• RQ5 $M_3 \lesssim 1.5$ TeVの条件下で、約130 GeVのストップ質量が過剰な微調整を伴わずNMSSMで実現可能かどうか。

主な発見

• 大きな負のグルーギの放射修正により、ストップの極値質量が顕著に低下し、ランニング質量よりも著しく軽くなる。これにより、$M_3 \lesssim 4$ TeVの条件下でもMSSMにおいてBGFが実現可能になる。
• MSSMにおいて$M_3 \lesssim 4$ TeVの場合、軽いストップ質量は$m_{\tilde{t}_1} < m_t$と予測され、直接的なLHCの制限を回避する。
• 最小の調整を伴うNMSSMにおいて、$M_3 \simeq 1.5$ TeVのとき、$m_{\tilde{t}_1} \simeq 130$ GeVとなり、BGFおよびLHC制限と整合的である。
• ストップは主に$\tilde{t}_1 \to c + \chi_1^0$に崩壊し、100 GeV程度のビノ型LSPを形成する。このため、ジャケット＋$E_T^{\rm miss}$のシグネチャが形成され、現在のモノジェット探索限界を回避する。
• ATLASのジャケット＋$E_T^{\rm miss}$探索（4.7/fb）では、この状況は除外されず、信号領域のイベント数（例：SRC-looで15.10）は観測された上限以下に位置する。
• このモデルは、$100 < m_{\chi_1^0} < 130$ GeVの範囲に最も軽い中性子の質量を予測し、有効なダークマター候補と整合的である。