[論文レビュー] An NMSSM Without Domain Walls

Tao Han, Paul Langacker+1 more|ArXiv.org|Feb 6, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、μ問題を解消するとともにドメインウォールを生成しない、U(1)'ゲージ対称性と複数のシングレットスカラーを備えた拡張NMSSMを提案する。異なるシングレット場を用いることで、有効μパラメータをZ′ボソンの質量から分離し、Z′を重くする一方で、20 GeVにまで軽いヒッグス粒子を許容する。このモデルでは、ZおよびWボソンへの結合定数が抑制されていても、線形衝突加速器での検出が可能である。

ABSTRACT

We consider the Higgs sector in an extension of the MSSM involving an extra U(1)' gauge symmetry and SM singlet U(1)' charged scalars, in which the effective $μ$ parameter is decoupled from the Z' mass. There are large mixings between Higgs doublets and singlets, significantly affecting the Higgs spectrum, production cross sections, decay modes, exclusion limits, and allowed parameters ranges. Scalars considerably lighter than 114 GeV are allowed, and the range $ an β\sim 1$ is both allowed and theoretically favored. We concentrate on the lighter (least model dependent) Higgs particles with significant SU(2)-doublet components to their wave functions, for the case of no explicit CP violation in the Higgs sector. We consider their spectra, including the dominant radiative corrections to their masses in the large $ ilde t$ mass limit; production cross sections and exclusion limits at LEP and a future linear collider; and decay properties.

研究の動機と目的

• 単純なNMSSMモデルが抱えるドメインウォールを回避しつつ、MSSMにおけるμ問題を解消すること。
• 危険な項（μSやS³）を自然に抑制する非異常なU(1)'ゲージ対称性に基づくUV整合なモデルを構築すること。
• 有効μパラメータをZ′ゲージボソンの質量から分離し、重いZ′を維持しながらも、軽いヒッグス状態を許容すること。
• 顕著なダブルレット成分を有する軽いCP偶性およびCP奇性ヒッグス粒子の素粒子物理学的性質を調査し、LEPおよび線形衝突加速器の制約に焦点を当てる。
• 明示的なCP対称性の破れがない状況下で、ヒッグスの生成、崩壊モード、除外限界を分析すること。

提案手法

• μ項およびS³項をゲージ不変性によって禁止するため、3つのシングレット場（S, S₁, S₂, S₃）とU(1)'ゲージ対称性を含む超ポテンシャルを導入する。
• 超ポテンシャルとU(1)'電荷に基づくF-termおよびD-termポテンシャルを用い、スカラー・ポテンシャルの安定化と質量スプリングの生成を行う。
• ソフトなSUSY破れ項（三重項A項および二重項質量項）を導入し、グローバル対称性を破り、 degeneracy を解きほぐす。
• 大規模なストップ質量の極限において、トップ/ストップループによる1ループの放射修正を用いてヒッグス質量を計算する。
• 真空期待値のパラメータースキャンを実施し、軽いヒッグス状態を有する妥当な真空の極小点を同定する。
• 最も軽いおよび最も重いCP偶性状態について、線形衝突加速器におけるHiggsstrahlung断面積（e⁺e⁻ → ZH）およびZZH結合を標準模型（SM）と比較して計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 U(1)'拡張NMSSMは、動的に生成されるμ項によってμ問題を解消しつつ、ドメインウォールの形成を回避できるか？
• RQ2 有効μパラメータをZ′質量から分離させることの、ヒッグススペクトルおよび素粒子物理学的性質に与える影響は何か？
• RQ3 LEP2および将来の線形衝突加速器の制約に適合しつつ、最も軽いCP偶性ヒッグス粒子はどの程度まで軽くできるか？
• RQ4 新しいD項およびシングレット結合による新たな崩壊モード（例：H → A₁A₁ や H → χ⁰χ⁰）が力学的に可能である場合、それらの主要な崩壊モードは何か？
• RQ5 重いヒッグス状態の生成断面積およびZZH結合は、標準模型と比べてどのように異なるか？

主な発見

• 本モデルでは、ZおよびWボソンへの結合定数が抑制されているにもかかわらず、20 GeVにまで軽いCP偶性ヒッグス粒子（H₁）を許容する。
• 500 GeVの線形衝突加速器におけるHiggsstrahlung断面積は、H₁に対して測定可能であり、将来的な加速器での発見可能性を示唆する。
• 最も重いCP偶性ヒッグス状態では、標準模型と比較してZZH結合が抑制されており、Zボソンから分離していることが示された。
• D項およびF項の寄与から生じる新しい崩壊モード（例：H → A₁A₁ や H → χ⁰χ⁰）が力学的制約を満たす場合には、それらが支配的になる。
• 理論的に好ましく、実験的制約とも整合する、広範なtanβ ∼ 1のパラメータ領域がモデルで支持されている。
• パラメータ空間には、走る方向（runaway方向）を有さない妥当な真空配置が含まれており、S₁、S₂、S₃がH₁、H₂、Sと比較して大きな真空期待値をとる。