[論文レビュー] Characterizing simplified models for heavy Higgs decays to supersymmetric particles

Suchita Kulkarni, L. Lechner|arXiv (Cornell University)|Oct 31, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 117被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、高エネルギー物理学的MSSM（pMSSM）における重いヒッグスボソンの崩壊モードを、SModelSフレームワークを用いてスピンゼロの超対称粒子へ分類し、ビノおよびヒッグジノに似たLSPでは、モノ-X（X = h, W, Z）最終状態が支配的であることを明らかにした。14 TeVでの断面積は最大で10 fbに達する。さらに、ウィノに似たLSPの状況では、小さな質量差（Δm < 5 GeV）に起因するずれた頂点のシグネチャが現れ、断面積は約80 fbに達する。これは、標準模型（SM）の最終状態を超えた共鳴状態の探索が、高輝度LHCにおけるpMSSMパラメータ空間全体を探索するために不可欠であることを強調する。

ABSTRACT

The search for heavy Higgs bosons is an important step to probe the parameter space of the Minimal Supersymmetric Standard Model. In this work, we classify all possible decay modes of the supersymmetric heavy Higgs boson using the SModelS framework. We work within the phenomenological MSSM and use the ATLAS pMSSM study as our viable parameter space. We find that for a bino-like and higgsino-like LSP, a significant region of the parameter space results in mono-$X$ ($X$ = $h$, $W$, $Z$) final states. For wino-like LSPs, we demonstrate the existence of displaced vertex signatures with a large signal cross section. Finally, we argue that by covering the mono-$X$ final states, a large part of heavy Higgs decays can be tested at the LHC.

研究の動機と目的

• 現象的MSSM（pMSSM）内での重いヒッグスボソンの超対称粒子への崩壊モードを体系的に分類すること。
• 重いヒッグスボソンが超対称最終状態に崩壊する際、特にBSM粒子への分岐比が大きい領域におけるLHCでの支配的シグネチャを特定すること。
• モノ-X（X = h, W, Z）およびずれた頂点シグネチャが、現在および将来のLHCデータを用いてpMSSMパラメータ空間を探索する上で有効であるかを評価すること。
• BSM崩壊が支配的である場合、SMベースのヒッグス探索がpMSSMパラメータ空間全体をカバーできない限界を評価すること。
• SModelSフレームワークが、重いヒッグスボソンの超対称粒子への共鳴崩壊を分類する上で有効であることを示すこと。

提案手法

• Z2対称性に基づき、複雑なpMSSMシナリオを簡略化モデルトポロジに分解するSModelSフレームワークを用いる。
• ATLAS pMSSM研究を基に、分析に適した実験的に制約されたパラメータ空間を定義する。
• 重いCP偶性ヒッグス（H）が中性ノやフェルミオン対に崩壊し、その後LSPおよびゲージ・ヒッグスボソンに至る分岐比を分析する。
• グルーオン融合およびボトムクォーク対の消失反応によるpp → Hの生成断面積を計算し、その後のSUSY粒子への崩壊を評価する。
• モノジェット、モノボソン（モノ-h、モノ-W、モノ-Z）、および特にウィノに似たLSPにおけるずれた頂点を含む信号シグネチャを評価する。
• 19次元のpMSSMパラメータ空間における統計的サーベイを実施し、√s = 14 TeVにおける支配的トポロジとその断面積を同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 pMSSMにおける重いヒッグスボソンの超対称粒子への崩壊において、どの簡略化モデルトポロジが支配的か？
• RQ2 有効なpMSSMパラメータ空間内において、ビノ、ウィノ、ヒッグジノに似たLSPのタイプごとに、支配的最終状態（例：モノ-X、ずれた頂点）は何か？
• RQ3 高輝度LHCにおけるこれらの支配的シグネチャの生成および崩壊断面積はどの程度か？
• RQ4 BSM崩壊が支配的である場合、現在のSMベースのヒッグス探索がpMSSMパラメータ空間全体をどれほどカバーできないか？
• RQ5 SModelSフレームワークは、重いヒッグスボソンの超対称最終状態への共鳴崩壊を効果的に分類できるか？

主な発見

• ビノおよびヒッグジノに似たLSPでは、モノ-X（X = h, W, Z）最終状態が支配的であり、√s = 14 TeVにおける生成断面積は最大で10 fbに達する。
• ウィノに似たLSPの状況では、軽いチャージノとLSPの間の小さな質量差（Δm < 5 GeV）に起因するずれた頂点シグネチャが現れ、信号断面積は最大で80 fbに達する。
• 重いヒッグスボソンの支配的生成モードはボトムクォーク対の消失反応（ttH）であり、分析されたpMSSMパラメータ空間の約98％を占め、モノ-X最終状態に伴うbジェットが関連する。
• 長時間カスケード崩壊のシグネチャは無視できるほど小さく、重いヒッグスのスパーティクルへの崩壊が主に単純で即時崩壊するトポロジに帰着することを示している。
• 直接的なSMベースのヒッグス探索では、pMSSMパラメータ空間全体をカバーすることが不十分であり、特にBSM崩壊が支配的である領域で顕著である。
• 本研究は、モノ-X最終状態をカバーすることで、LHCにおける重いヒッグスのSUSY粒子への崩壊の大部分をテスト可能であることを示している。