[論文レビュー] Di-photon Higgs Decay in SUSY with CP Violation

S. Hesselbach, Stefano Moretti+2 more|ArXiv.org|Oct 25, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、CP対称性の破れを伴うMSSMにおける、最も軽い中性ヒッグスボソン（H₁→γγ）の二光子崩壊分岐比に及ぼす影響を調査している。複素μパラメータを有するCP対称性の破れたMSSMにおける1ループ計算を用いて、軽いストップ（m̃t₁ ≈ 200 GeV）が、重いストップ（≈1 TeV）と比較して分岐比を50%以上増加または抑制することが、特にφμ ≈ 90°で顕著に現れることを明らかにした。他のスフェルミオンはほとんど影響を及ぼさない。

ABSTRACT

Physical Higgs particles in the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) with explicit CP violation are CP mixed states. The decay of these Higgs particles can be analysed to study the CP properties of the MSSM. In the present work we consider the di-photon channel of the lightest neutral Higgs boson for this purpose. Compared to earlier studies on effects of scalar/pseudo-scalar mixing, our analysis also investigates the effect due to Higgs-sfermion-sfermion couplings along with that of mixing. We find that a light stop may have a strong impact on the width and Branching Ratio (BR) of the decay process H1 --> gamma.gamma, whereas other light sparticles have only little influence. In some regions of the MSSM parameter space with large CP-violating phase phi-mu ~ 90 deg a light (~ 200 GeV) stop can change the di-photon BR by more than 50 % compared to the case with heavy (~ 1 TeV) stop and otherwise same MSSM parameters.

研究の動機と目的

• CP対称性の破れたMSSMにおける、最も軽いヒッグスボソン（H₁→γγ）の二光子崩壊分岐比に及ぼすCP対称性の破れの影響を調査すること。
• 崩壊振幅におけるスカラー／ピピュアスカラー混合とヒッグス・スフェルミオン・スフェルミオンループ効果の寄与を分離すること。
• 最も軽いストップ（t̃₁）の質量およびCP対称性の破れ位相φμに起因するH₁→γγ分岐比への感受性を評価すること。
• LHCがH₁→γγ測定によって、CP保存型とCP破れ型MSSMのシナリオを区別できるかどうかを検討すること。
• |μ|、|Af|、およびtanβといった主要なSUSYパラメータの変動に対する、結果のロバストネスを評価すること。

提案手法

• CP対称性の破れたMSSMにおけるヒッグス質量スペクトル、混合角、崩壊幅を計算するために、公開済みのFortranコードCPSuperH v2を用いた。
• BR(H₁→γγ)がφμおよびストップ質量の関数として示す一般的な挙動をマップするために、約10万点のMSSMパラメータ点をランダムスキャンした。
• フェルミオン、スフェルミオン、W±、電荷付きヒッグス、チャージノを含む1ループファインマン図を用いて、γγ崩壊振幅を計算した。
• 異なるφμ値間での分岐比比較に際し、質量シフトを補正するため、ヒッグス質量固有状態M_H₁がφμに依存することを追跡した。
• すべてのMSSMパラメータを固定し、M̃t₁とφμのみを変化させ、H₁とH₂の混合が顕著に現れる領域を走査した。
• 重いストップ（M̃t₁ = 1 TeV）と軽いストップ（M̃t₁ = 250 GeV、m̃t₁ ≈ 200 GeV）の結果を比較することで、CP対称性の破れに起因するストップの寄与を明確にした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CP対称性の破れ位相φμは、特に軽いスフェルミオンを伴う場合、MSSMにおけるH₁→γγの分岐比にどのように影響を与えるか？
• RQ2 軽いストップ（m̃t₁ ≈ 200 GeV）は、重いストップと比較して、H₁→γγ分岐比のφμ依存性をどの程度変化させるか？
• RQ3 ヒッグス・スフェルミオン・スフェルミオンループ図の寄与とスカラー／ピピュアスカラー混合の寄与の相対的寄与度は、H₁→γγにおけるCP対称性の破れ効果においてどのように寄与するか？
• RQ4 LHCは、H₁→γγ崩壊チャネルを用いて、CP保存型とCP破れ型MSSMのシナリオを区別できるか？
• RQ5 |μ|、|Af|、およびtanβの変動が、軽いストップを伴う状況下で、H₁→γγ分岐比のφμ依存性にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 質量が約200 GeVの軽いストップは、重いストップ（約1 TeV）と比較して、φμ ≈ 90°においてH₁の二光子分岐比を50%以上変化させる。
• SUSY粒子が重い場合、CP対称性の破れに起因するW±およびトップクォークへの結合により、BR(H₁→γγ)が最大50%まで増加する。
• 軽いストップが存在する場合、BRのφμ依存性は単調でなく、φμ ≈ 40°でピークを示し、φμ = 180°では最大値の約50%にまで低下する。
• スbottomやスチウなど、他の軽いスフェルミオンは、tanβが最大50であっても、H₁→γγ分岐比にほとんど影響を及ぼさない。
• φμに起因する物理的ヒッグス質量M_H₁のシフトは、LHCの実験的不確かさ（約1–2 GeV）の範囲内に収まり、異なるφμ値間での分岐比の直接比較が正当化される。
• |Af|を小さくすると、軽いストップのシナリオにおいてBRのφμ依存性が強化されるが、|μ|を小さくすると、全体的なφμ感受性が抑制される。