[論文レビュー] An Interesting NMSSM Scenario at the LHC and LC

D.J. Miller, Stefano Moretti|ArXiv.org|Mar 12, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、非常に軽いシングレット主導のヒッグスボソンを有するベンチマークNMSSMシナリオを調査し、LHCでは支配的な標準模型（SM）の背景のため観測できないが、$e^+e^-$線形衝突型（LC）ではヒッグス・ストラーラーリングおよびベクトルボソン融合を通じて、パラメータ空間の大部分で検出可能であることを示している。LCの高精度が、LHCがハドロン崩壊により軽いスカラーを逃した場合に、MSSMを超えるNMSSMを確認するために不可欠である。

ABSTRACT

The Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model NMSSM provides an attractive extension to the minimal supersymmetric model by including an extra Higgs singlet superfield. This extension allows one to link the Higgs-higgsino mass parameter to a vacuum expectation value of the new scalar field, thus providing a solution to the mu-problem of the MSSM. It this report, presented within the context of the LHC / LC Study Group, we examine a particularly interesting NMSSM scenario where the extra Higgs scalar is rather light. We determine LHC production cross-sections and branching ratios for the lightest scalar and find that it will be difficult to observe at the LHC. However, we show that this lightest scalar can instead be observed at an electron-positron Linear Collider for all but a small window of parameter space.

研究の動機と目的

• SMの背景による挑戦があるにもかかわらず、LHCでの発見が困難な非常に軽いシングレット主導のヒッグスボソンを有する特定のNMSSMシナリオを分析すること。
• 将来の$e^+e^-$線形衝突型（LC）におけるこの軽いヒッグスの検出可能性を評価すること。
• LHCとLCが、NMSSMのヒッグス系を網羅的に探査する上で果たす補完的役割を示すこと。
• LHCとLCのデータを統合することで、MSSMを超える拡張された supersymmetry を同定するためのロードマップを提示すること。

提案手法

• 固定パラメータ $\lambda = 0.3$, $\kappa = 0.1$, $\tan\beta = \tan\beta_s = 3$, $A_\kappa = -60$ GeV, $v = 246$ GeV を用いたNMSSMにおける1ループヒッグス質量スペクトル計算を実施。
• LHCにおける生産断面積はグルーオン融合および関連生成を通じて計算され、主要崩壊モードのブランチング比が評価された。
• LCでは、$\sqrt{s} = 500$ および $800$ GeVにおける $e^+e^- \to H_1 b\bar{b}$ および $e^+e^- \to H_1 A_2$ の断面積を、$W$-フラッシュおよびヒッグス・ストラーラーリング過程を含めて計算した。
• 運動量空間の抑制効果を含め、ペクトルボソン $A_2$ の幅を固定の1 GeVとして断面積を推定した。
• パラメータ空間は、ヒッグスのスカラーヒッグス質量スケール $M_A$ についてスキャンし、物理的範囲における感度を評価した。
• ヒッグス質量の和則を用いて、LEPで軽いスカラーが検出されない場合に $M_A$ を制約し、$\mu \tan\beta$ と関連づけた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SMの背景が大きく影響するにもかかわらず、NMSSMにおける軽いシングレット主導のヒッグスボソンはLHCで発見可能か？
• RQ2 LHCおよびLCにおける最も軽いヒッグスの主な生成メカニズムとブランチング比は何か？
• RQ3 $e^+e^-$線形衝突型がLHCよりも軽いヒッグスの発見可能性に優位である条件は何か？
• RQ4 重いヒッグス系の質量、特に $M_A$ が、両加速器における軽いスカラーの発見範囲に与える影響は何か？
• RQ5 LHCが軽いスカラーを逃した場合、LCは、縮退したヒッグス状態の解明や、見逃された発見の確認に不可欠な情報を提供できるか？

主な発見

• このNMSSMシナリオにおける最も軽いスカラーヒッグスボソンの質量は約120–140 GeVであり、主にシングレット主導であり、ブランチング比はハドロン崩壊が支配的である。
• LHCでは生産断面積は顕著であるが、最終状態はSMのQCD背景に圧倒され、観測は極めて困難である。
• LCにおいて $\sqrt{s} = 800$ GeVの場合、$H_1 A_2$ チャネルのおかげで $e^+e^- \to H_1 b\bar{b}$ の関連生成断面積が増加するが、$M_A \sim 460$ GeV の領域では依然として実用的な発見には不十分である。
• LCでは、$M_A$ の大部分の範囲でヒッグス・ストラーラーリングおよび $W$-フラッシュを通じて $H_1$ スカラーが観測可能であるが、$M_A \approx 490$ GeV のわずかな窓では結合定数が消えるため例外である。
• LHCで軽いスカラーが見逃された場合、LCはトリガー設定やバックグラウンド除去に不可欠な情報を提供でき、特にMSSMに類似したヒッグスとほぼ縮退している場合に有効である。
• 小さな $\kappa v_s$ の場合、軽いスカラーがLEPで検出されないためには $M_A \approx \mu \tan\beta$ である必要があり、これは重いヒッグス状態の質量を制約し、LHCの探索を支援する。