[論文レビュー] Approximate solutions for the Higgs masses and couplings in the NMSSM

R. Nevzorov, D.J. Miller|ArXiv.org|Nov 20, 2004

Black Holes and Theoretical Physics被引用数 16

ひとこと要約

本稿は、正確かつソフトに破れたPeccei-Quinn (PQ)対称性を有する次に最小の超対称標準模型 (NMSSM) におけるヒッグス粒子の質量および結合定数について、近似的な解析解を導出する。真空安定性に起因する階層的なヒッグススペクトルが明らかとなり、軽いヒッグス状態は主にシングレット型であり、Zボソンとの結合が弱いため、コライダーで観測されにくい。一方、重い状態はダブルット型であり、コライダーで観測可能で、MSSMとは明確に区別できる特徴的なシグネチャを提供する。

ABSTRACT

We find the approximate solutions for the Higgs masses and couplings in the NMSSM with exact and softly broken PQ--symmetry. The obtained solutions indicate that there exists a mass hierarchy in the Higgs spectrum which is caused by the stability of the physical vacuum.

研究の動機と目的

• 正確およびソフトに破れたPQ対称性の下でNMSSMにおけるヒッグス質量および結合定数の近似的な解析解を導出すること。
• NMSSMにおけるヒッグス質量階層の起源、特に真空安定性との関連を理解すること。
• 将来のコライダーでMSSMと区別可能な、特に抑制された結合を示す軽いヒッグス状態の特徴的な物性的シグネチャを同定すること。
• 数値結果と高い精度で一致するが解釈可能なヒッグス質量および結合定数の公式を提供すること。

提案手法

• NMSSMにおけるヒッグスポテンシャルは、シングレット場Sを含むスーパーポテンシャルから導出され、ソフト対称性破れ項および三線形結合項を含む。
• H1、H2、Sの真空期待値が非ゼロとなる最小点を持つポテンシャルが要求されることで、物理的真空が安定化される。
• 特にκがλに比べて小さい極限において、小さなパラメータの摂動的展開を用いて、CP偶性およびCP奇性ヒッグス質量行列の近似解が導出される。
• ダブルットおよびシングレットヒッグス状態間の混合は摂動的に取り扱われ、質量および結合定数の解析的表現が得られる。
• m_Aの変動に対して、近似解と完全な1ループ数値結果を比較することで数値的検証が実施される。
• Zボソンへの結合は混合角および質量固有状態への射影を介して計算され、抑制パターンの解析が行われる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NMSSMにおける真空安定性条件は、どのように階層的なヒッグス質量スペクトルを生じさせるか？
• RQ2 PQ対称性を有するNMSSMにおけるヒッグス粒子の質量および結合定数の近似的な解析的表現は何か？
• RQ3 なぜ、PQ対称性がソフトに破れたNMSSMにおいて、最も軽いヒッグス状態は主にシングレット型であり、Zボソンとの結合が弱いのか？
• RQ4 近似解は、完全な1ループ数値結果と定量的にどの程度一致するか？
• RQ5 重いヒッグス状態が観測不能であっても、PQ対称性がソフトに破れたNMSSMとMSSMを区別するための特徴的なコライダーシグネチャは何か？

主な発見

• 最も軽いCP偶性ヒッグス粒子の質量は約130 GeVであり、主にシングレット型であるため、SMやMSSMと同様の方法では検出が困難である。
• 最も軽いCP偶性ヒッグス粒子のZボソンおよび最も軽いCP奇性ヒッグス粒子への結合は、混合構造および真空安定性制約により強く抑制されている。
• 最も重いCP偶性およびCP奇性ヒッグス状態は主にダブルット型であり、Zボソンへの結合は1に近い。
• 質量および結合定数の近似解（式18–19）は、パラメータ空間全域で完全な1ループ数値結果と高い精度で一致する。
• κ ≤ λ² である限り、軽いヒッグス状態は重いものよりも顕著に軽く、その質量は組み合わせ (κ/λ)μ に支配される。
• Zボソンへの結合が抑制されたスカラーおよびフェルミオン型ヒッグス状態が観測され、電荷を帯びたヒッグス粒子が存在しない場合、これはPQ対称性がソフトに破れたNMSSMの明確なシグネチャとなる。重い状態が観測不能であっても同様である。