[論文レビュー] Exotic Higgs decays in U(1) extensions of the MSSM

Peter Athron, Margarete Mühlleitner+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 14, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、E₆にインspiredされた超対称モデルを含むU(1)ₙ拡張MSSMにおける、歪みのないヒッグス粒子のペアである準スカラーHiggs粒子への奇妙な崩壊を調査している。𝜅 > 0.01のとき、その分岐比が1%を超える可能性があるが、信号率が小さく、微調整が必要なため、検出は依然として困難である。

ABSTRACT

We study the decays of the lightest CP-even Higgs boson into a pair of pseudoscalar Higgs states within U(1)_N extensions of the MSSM.

研究の動機と目的

• U(1)ₙ拡張MSSMにおける、奇妙なヒッグス崩壊が準スカラーHiggs状態に及ぼす素性を調査すること。
• 小さな分岐比があるにもかかわらず、LHCにおけるこのような崩壊の検出可能性を評価すること。
• 奇妙な崩壊分岐比がスーパーポテンシャル結合𝜅にどのように依存するかを特定すること。
• 近似的なグローバルU(1)対称性と、S、S̄、𝜙の真空期待値によるその自発的破れの役割を分析すること。
• これらのモデルにおける軽い準スカラー粒子が、ダークマターおよびニュートリノ物理学に与える影響を評価すること。

提案手法

• 追加のU(1)ₙゲージ対称性（𝕌(1)ₙ = ¼U(1)ₚ + √15⁄4 U(1)ψ）を有するE₆にインスパイアされたSUSYモデルを採用。
• スーパーポテンシャルにW_S = 𝜎𝜙S S̄ + 𝜅/3 𝜙³ + 𝜇/2 𝜙² + 𝛬𝜙の項を含み、解析を簡素化するため𝜇 = 0および𝛬 = 0とする。
• S、S̄、𝜙の真空期待値による、近似的なグローバルU(1)対称性の自発的破れが、軽い準スカラー状態を生成する。
• ヒッグス系には2つのヒッグスダブルレット（H_d、H_u）に加え、シングレットS、S̄、𝜙を含み、SとS̄が大きな真空期待値をとりU(1)ₙを破る。
• FCNCおよびバリオン数・レプトン数の破れを抑制するため、離散的対称性Z₂ᴹおよびZ̃₂ᴴを導入。
• 微調整および摂動性の制約を考慮した上で、H → aa（a = 準スカラー）の分岐比を結合定数𝜅の関数として計算。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 U(1)ₙ拡張MSSMにおける、標準模型に類似たヒッグス粒子が、軽い準スカラーHiggs粒子のペアへの崩壊分岐比はどの程度か？
• RQ2 スーパーポテンシャルにおける結合定数𝜅が、最も軽いCP反対性Higgs状態の質量および崩壊幅に与える影響は？
• RQ3 現在の実験的感度を考慮した場合、準スカラーへの奇妙なヒッグス崩壊はLHCで検出可能か？
• RQ4 質量が40–60 GeVの軽い準スカラーHiggs粒子を達成するにあたり、微調整の影響は？
• RQ5 Z₂ᴹおよびZ̃₂ᴴ対称性は、最も軽い準スカラーおよびその他の奇妙な状態の安定性と素性にどのような影響を与えるか？

主な発見

• 𝜅 ≈ 0.001のとき、微調整なしに最も軽いCP反対性Higgs状態の質量を40–60 GeVにできるが、そのH → aaへの分岐比は10⁻⁴未満にとどまる。
• 𝜅 > 0.01のとき、H → aaへの分岐比が1%を超えることが可能になるが、これには少なくとも1%の微調整が必要となる。
• 質量が100 GeV未塔の準スカラーHiggs粒子は、標準模型粒子との結合が弱いため、過去および現在の加速器実験では検出を逃す可能性がある。
• 準スカラーは主にbb̄または𝜏𝜏̄最終状態に崩壊し、検出器内で4フェルミオンの最終状態を形成する。
• 非常に軽い中性フェルミオン（LSP質量が約1 eV未塔）の存在は、ホットダークマターの寄与を示唆し、ニュートリノ物理学に影響を及ぼす。
• このモデルにはLSPおよび最も軽い通常の中性ノイザーが絶対的に安定であり、観測されたダークマター密度に寄与する可能性がある。