[論文レビュー] Constraints on invisible Higgs decay in MSSM in the light of diphoton rates from the LHC

Nishita Desai, Biswarup Mukhopadhyaya+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 23, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 28被引用数 26

ひとこと要約

この論文は、標準模型に類似した二光子ヒッグス崩壊断面積を維持しつつ、物性MSSMにおける軽い中性ノの候補としての暗黒物質の可能性を調査している。特定の超対称性破れメカニズムを仮定しない完全に現象論的MSSMフレームワークを用いて、ヒッグスの10％未満の非可視崩壊（中性ノに）が、現在のLHCデータと両立可能であることが示された。これは、中性ノが軽量（≤50 GeV）であり、スカラーヒッグス質量が大きい（≥1 TeV）場合に成立する。

ABSTRACT

We examine the parameter space of the purely phenomenological minimal super- symmetric standard model (MSSM), without assuming any supersymmetry breaking scheme. We find that a large region of the parameter space can indeed yield the lightest neutral Higgs mass around 125 GeV, as suggested by the recent ATLAS data, and also lead to event rates around, or slightly higher than, the standard model expectation in the two-photon and four-lepton channels. Using a lightest neutralino that is considerably lighter than the Higgs, we find that the 'invisible' decay of the Higgs into a pair of neutralinos upto about 10% can be consistent with the current data from the Large Hadron Collider (LHC).

研究の動機と目的

• 特定の超対称性破れ機構を仮定しない、完全に現象論的MSSMのパラメータ空間を探索すること。
• MSSMのパラメータ空間の領域が、約125 GeVのヒッグス質量と、γγおよび4ℓ崩壊チャネルにおける標準模型に類似した信号強度を同時に再現できるかどうかを特定すること。
• 特にATLASが125 GeV付近で示唆した兆候を踏まえ、中性ノに向けた顕著な非可視ヒッグス崩壊幅（中性ノに）が観測された二光子率と両立可能かどうかを評価すること。
• R-数不変の超対称性において、最軽い中性ノが不安定である場合でも、ヒッグス崩壊に影響を与える可能性を調査すること。

提案手法

• 超対称性破れ領域に関する仮定を一切行わず、μおよびmAなどの主要パラメータを自由に変動可能な、完全に現象論的MSSMアプローチを採用した。
• 二ループ補正をヒッグスポテンシャルに組み込み、最も軽いCP偶性ヒッグス粒子の質量を観測範囲（123–127 GeV）に制約した。
• 効果的結合を用いてγγおよび4ℓ最終状態の信号強度を計算し、トップクォーク、ストップ、スボトムのループ寄与に特に注意を払った。
• 最軽い中性ノ（χ⁰₁）対へのヒッグスの非可視分岐比を、中性ノの質量および他のMSSMパラメータの関数として計算した。
• 異なるmA値における、二光子率（Rγγ）と非可視分岐比（BR(h→χ⁰₁χ⁰₁)）の相関関係を体系的に分析した。
• フラーバー変換中性荷電子を抑制し、パラメータ空間を単純化するため、デカップリング限界（大きなmA）に注目した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 特定の超対称性破れ機構を仮定しないMSSMパラメータ空間において、ヒッグス質量が約125 GeVであり、かつγγおよび4ℓチャネルにおける信号強度が標準模型に類似している領域が存在するか？
• RQ2 最大10％の非可視ヒッグス崩壊幅（軽い中性ノに）を有しながらも、γγ信号強度が標準模型の予測に近く保たれる可能性はあるか？
• RQ3 スカラーヒッグス質量（mA）の値が、RγγとBR(h→χ⁰₁χ⁰₁)の相関関係にどのように影響するか？
• RQ4 現在のLHCデータ（特にATLASの結果）は、MSSMにおける最軽い中性ノの質量および結合にどのような制約を課すか？
• RQ5 R-数不変が成立する場合でも、ヒッグス崩壊に影響を与える中で、軽い中性ノLSPが暗黒物質候補として依然として有効であるか？

主な発見

• MSSMパラメータ空間の広い領域で、最も軽いCP偶性ヒッグス粒子の質量が約125 GeVに一致し、ATLASのデータと整合する。
• 超対称性ループの寄与が顕著であっても、MSSMにおいてγγおよび4ℓチャネルの標準模型に類似した信号強度を再現可能である。
• mA ≥ 1 TeVの場合、μおよびAtの値が広い範囲にわたり、二光子率Rγγは安定で1に近く保たれ、標準模型に類似した振る舞いを示す。
• 中性ノの質量が約50 GeV未塔の場合、非可視分岐比が最大10％に達するが、Rγγが0.6から0.8の範囲に保たれる場合、観測データと両立可能である。
• Rγγが0.9まで上昇する場合でも、mA = 1 TeVのとき、最大10％の非可視崩壊幅を持つ領域が存在し、大きな非可視崩壊が標準模型に類似した二光子率と共存可能であることを示している。
• 本研究では、顕著な非可視崩壊幅が観測された二光子率を抑制するという一般的な仮定が、必ずしも成立しないことが示された。