[論文レビュー] BMSSM Higgs Bosons at the Tevatron and the LHC

Marcela Carena, Eduardo Pontón+1 more|University of North Texas Digital Library (University of North Texas)|May 26, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、拡張された超対称モデル（BMSSM）における高次元オペレーターがヒッグス系に顕著な影響を与え、テバトロンおよびLHCにおける特徴的な加速器プロセスを引き起こすことを調査している。TeVスケールの物理学を統合することで、モデルは $1/M^2$ の大きな補正を生成し、MSSMを越えてヒッグス質量や結合定数を変化させる。これにより、奇妙な崩壊チェーンや強化されたゲージボソン崩壊が可能となり、MSSMを越えた新しい物理の明確なシグナルを提供する。

ABSTRACT

We study extensions of the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) with new degrees of freedom that couple sizably to the MSSM Higgs sector and lie in the TeV range. After integrating out the physics at the TeV scale, the resulting Higgs spectrum can significantly differ from typical supersymmetric scenarios, thereby providing a window Beyond the MSSM (BMSSM). Taking into account current LEP and Tevatron constraints, we perform an in-depth analysis of the Higgs collider phenomenology and explore distinctive characteristics of our scenario with respect to both the Standard Model and the MSSM. We propose benchmark scenarios to illustrate specific features of BMSSM Higgs searches at the Tevatron and the LHC.

研究の動機と目的

• 拡張MSSM（BMSSM）における高次元オペレーターが最小超対称標準模型（MSSM）を超えてヒッグス系にどのように影響を与えるかを調査すること。
• 有効場理論の枠組みを用いて、TeVスケールの新しい物理学がヒッグス質量、結合定数、崩壊パターンに与える影響を評価すること。
• 特にTevatronおよびLHCにおける特徴的な加速器シグナル（MSSMとは異なる）を特定し、SMおよびMSSMから区別すること。
• 非標準的ヒッグス粒子が、新たな崩壊チェーンや生成モードを通じてどのようにプローブ可能かを示すベンチマークシナリオを定義すること。
• LEPおよびTevatronの制約を満たす条件下で、現在および将来の加速器探索の能力を、特に $WW$、$b\bar{b}$、および $\tau\bar{\tau}$ チャネルで評価すること。

提案手法

• TeVスケールの物理学を統合する有効場理論（EFT）フレームワークを用い、得られる補正を $1/M$ のべき級数として扱う。ここで $M$ は重いスケールを表す。
• ヒッグスポテンシャルに対する $1/M$ および $1/M^2$ の補正を含め、特に木レベルのMSSMの四次結合定数が小さいため、$1/M^2$ 項の寄与が定量的に顕著であることが判明した。
• CP対称な状態およびCP反対の状態に注目し、2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）の枠組みを用いて、得られたヒッグススペクトルをマッピングする。
• LEPおよびTevatronの制約と整合するパラメータ空間のスキャンを実施し、妥当なシナリオを同定する。
• Tevatronの感度を、$10~{\rm fb}^{-1}$ の統計量と $WW$、$b\bar{b}$、$\tau\bar{\tau}$ チャネルにおける効率向上を考慮して予測する。
• 特にCP対称領域での混合が顕著な場合や、$h \to AA$ や $H \to AA$ などの非標準的崩壊チェーンを伴うシナリオにおいて、LHCのヒッグス信号の探査可能性を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 TeVスケールの新しい物理学に起因する $1/M^2$ 補正は、MSSMを越えてヒッグス質量スペクトルにどのように影響を与えるか？
• RQ2 BMSSMではMSSMに存在しない、特に $WW$、$b\bar{b}$、$\tau\bar{\tau}$ 崩壊チャネルにおいて、どのような特徴的な加速器シグナルが生じるか？
• RQ3 $\tan\beta$ の大きな増幅がなくても、$h \to AA$ などの奇妙な崩壊チェーンを通じて非標準的ヒッグス粒子を生成・検出可能か？
• RQ4 光るCP対称ヒッグスが180 GeVを超える場合に、TevatronおよびLHCがBMSSMヒッグスシナリオをどの程度探査可能か？
• RQ5 CP対称ヒッグス領域における混合効果が、2つのヒッグス粒子が $W$ や $Z$ ゲージボソンに崩壊可能にし、観測可能な二重レプトンピークを生じる仕組みは何か？

主な発見

• $1/M^2$ 補正により、CP対称な最も軽いヒッグス粒子の質量は数GeVから数十GeVシフトし、MSSMとは顕著に異なる生成および崩壊パターンを示す。
• ベンチマークシナリオでは、CP対称ヒッグス粒子の両方が $W^+W^-$ や $ZZ$ に大きな分岐比を持つことが判明し、二重レプトンのインヴァリアント質量分布に2つの明確なピークが現れる。
• 低 $\tan\beta$ 範囲でも、$h \to AA$ や $H \to AA$ などの奇妙な崩壊チェーンが可能であり、$\tan\beta$ の増幅なしに2HDMヒッグス系の完全な再構成が可能となる。
• Tevatronにおける $b\bar{b}$ および $WW$ チャネル、特に効率が50%向上した場合、特に $\tan\beta$ が大きな領域において広範なBMSSMモデルを探査可能となる。
• BMSSMにおけるヒッグス信号はMSSMとは著しく異なり、第三世代のスクアーアルが観測された場合、BMSSM物理学の強い証拠となる。
• LHCでは、重い物理が直接観測されない場合でも、強化されたゲージ結合や非標準的崩壊を伴うシナリオにおいて、180 GeV以上のヒッグス質量を探査可能と予想される。