[論文レビュー] Higgs bosons in the NMSSM with exact and slightly broken PQ-symmetry

D.J. Miller, Stefano Moretti+1 more|ArXiv.org|Jan 15, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 21

ひとこと要約

この論文は、正確またはわずかに破れたPeccei-Quinn（PQ）対称性下での次に最小限の超対称標準模型（NMSSM）のヒッグス系を調査し、真空安定性とLEP制約が、偽スカラーヒッグス粒子の質量 $m_A$ と $\mu\tan\beta$ の間の強い相関を強いることを示している。これにより、重いヒッグス状態が検出不能であっても、NMSSMとMSSMを区別するための特徴的なシグネチャが得られる。最も軽いCP偶性およびCP奇性ヒッグス粒子は、主にシングレット状態であり、その質量は $\kappa/\lambda \cdot \mu$ に支配され、Zボソンとの結合が抑制されているため、軽量であってもLEP検出を回避できる。

ABSTRACT

We explore the Higgs sector of the NMSSM in the limit when the Peccei--Quinn symmetry is exact or only slightly broken. In this case the Higgs spectrum has a hierarchical structure which is caused by the stability of the physical vacuum. We find a strong correlation between the parameters of the NMSSM if $κ=0$ or $κ\lesssim λ^2$. It allows one to distinguish the NMSSM with exact or softly broken PQ-symmetry from the MSSM even when extra scalar and pseudoscalar Higgs states escape direct detection.

研究の動機と目的

• 正確またはわずかに破れたPeccei-Quinn（PQ）対称性下でのNMSSMのヒッグス系を調査すること。
• 追加のヒッグス状態が直接観測されない場合でも、NMSSMとMSSMを区別できる特徴的なシグネチャを特定すること。
• PQ対称性を有するNMSSMのパラメータ空間に課される真空安定性およびLEP実験的制約を分析すること。
• $\kappa$ パラメータがヒッグススペクトルの分裂と真空の安定化に果たす役割を特定すること。

提案手法

• 超ポテンシャル $W = \lambda S(H_1\epsilon H_2) + \frac{1}{3}\kappa S^3$ を含む、NMSSMの木レベルヒッグスポテンシャルの分析。$F$、$D$、およびソフト対称性破れ項を含む。
• PQ対称性が正確に保たれる場合（$\kappa = 0$）とわずかに破れる場合（$\kappa \ll \lambda^2$）の極限を検討し、真空安定性と質量階層を評価する。
• 軽いヒッグス状態のZボソンとの結合に関するLEPの制約を適用し、有効なパラメータ領域を特定する。
• Zボソンへのヒッグス結合の和則を用いて、軽いCP偶性およびCP奇性ヒッグス粒子が検出を避けるために結合を抑制されていることを示す。
• 微小な $\kappa$ 値がNMSSMのダイナミクスから自然に生じるかどうかを評価するための、微分方程式の整合性の流れを評価する。
• 重いヒッグス状態と軽いヒッグス状態の間の質量分裂を導出する。重い状態は $m_A \approx \mu\tan\beta$ で degenerate である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 正確またはわずかに破れたPeccei-Quinn対称性下でのNMSSMのヒッグススペクトルはどのように振る舞うか？
• RQ2 PQ対称性下で $\kappa = 0$ または $\kappa \ll \lambda^2$ のとき、真空安定性がNMSSMのパラメータ空間に課す制約は何か？
• RQ3 追加のヒッグス状態が加速器で発見されない場合、NMSSMはMSSMと区別可能か？
• RQ4 $\kappa/\lambda \cdot \mu$ の組み合わせが、最も軽いヒッグス粒子の質量を決定する上で果たす役割は何か？
• RQ5 Zボソンへの結合に関するLEPの制約は、PQ対称性を持つNMSSMにおける軽いヒッグス状態の有効性にどのように影響するか？

主な発見

• 正確なPQ対称性の極限（$\kappa = 0$）では、最も軽いCP偶性およびCP奇性ヒッグス粒子は、主にシングレット状態であり、その質量は $\kappa/\lambda \cdot \mu$ の組み合わせに支配され、$\kappa = 0$ のときこの量はゼロに近づく。
• 真空安定性とLEPの制約により、重いヒッグス状態（特に偽スカラーヒッグス $A$ と電荷付きヒッグス）は、$m_A \approx \mu\tan\beta$ でほぼデゲネレートでなければならない。これにより、$m_A$ と $\mu\tan\beta$ の間の強い相関が生じる。
• 最も軽いCP偶性ヒッグス粒子は、Zボソンとの結合が強く抑制されているため、LEPの除外限界を下回る質量を有していても、検出を回避できる。
• 最も軽いCP奇性ヒッグス粒子のZボソンとの結合は常に小さく、LHCなどの加速器での検出可能性をさらに低下させる。
• 重いヒッグス状態が観測されなくても、2つの軽いスカラーヒッグス粒子と1つの軽い偽スカラーヒッグス粒子の存在が、わずかに破れたPQ対称性を持つNMSSMの特徴的なシグネチャとなる可能性がある。
• 重いヒッグス状態が直接観測されない場合でも、$m_A$ と $\mu\tan\beta$ の強い相関は、NMSSMとMSSMを区別するための独自の「決定的証拠」として機能する。