[論文レビュー] Higgs bosons near 125 GeV in the NMSSM with constraints at the GUT scale

Ulrich Ellwanger, Cyril Hugonie|arXiv (Cornell University)|Mar 22, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 44被引用数 25

ひとこと要約

本稿は、GUTスケールにおける非一様なヒッグスのソフト対称性破れ項を有する次に最小限の超対称標準模型（NUH-NMSSM）を検討し、125 GeVのヒッグス粒子が標準模型予測の2.8倍に達するまで増幅された二光子崩壊断面積を持つことが自然に実現可能であることを示している。このモデルは、123 GeV未満のより軽い、標準模型にあまり類似しないヒッグス粒子を予言しており、これは大強子衝突型加速器（LHC）で観測可能である可能性がある。一方で、妥当なダークマターの残存密度と直接検出制約を満たしつつ、わずかな微調整で実現可能である。

ABSTRACT

We study the NMSSM with universal Susy breaking terms (besides the Higgs sector) at the GUT scale. Within this constrained parameter space, it is not difficult to find a Higgs boson with a mass of about 125 GeV and an enhanced cross section in the diphoton channel. An additional lighter Higgs boson with reduced couplings and a mass <123 GeV is potentially observable at the LHC. The NMSSM-specific Yukawa couplings lambda and kappa are relatively large and tan(beta) is small, such that lambda, kappa and the top Yukawa coupling are of order 1 at the GUT scale. The lightest stop can be as light as 105 GeV, and the fine-tuning is modest. WMAP constraints can be satisfied by a dominantly higgsino-like LSP with substantial bino, wino and singlino admixtures and a mass of ~60-90 GeV, which would potentially be detectable by XENON100.

研究の動機と目的

• 標準模型を超える超対称標準模型（NMSSM）が、GUTスケールでの一様なソフト対称性破れ項の厳密な制約のもとでも、125 GeVのヒッグス粒子が増幅された二光子崩壊断面積を自然に実現できるかを検討すること。
• 観測された125 GeV近傍の二光子過剰現象が、非一様なヒッグスセクターのパラメータを持つ制約付きのNMSSMフレームワークで説明可能かどうかを調査すること。
• WMAPの残存ダークマター密度とXENON100の直接検出制限と整合する、最軽い中性レプトンがダークマター候補として妥当かどうかを評価すること。
• 123 GeV未満のより軽いCP偶性ヒッグス粒子（H₁）の存在が、LEPおよびLHCの制限と調和可能かどうかを検討すること。

提案手法

• 本研究では、GUTスケールで一様なソフト対称性破れ項を仮定するが、ヒッグスセクターを除き、m_Hu > m_0を許容することで、大規模なシングレット-ダブルット混合を可能にするNUH-NMSSM（NMSSMにおける非一様ヒッグスセクター）を採用する。
• 大規模なNMSSM結合定数λとκ、および小さなtanβを含めた、重力ゲージ群方程式（RGEs）を用いて、パラメータをGUTスケールから電弱スケールへと発展させる。
• LHCヒッグス信号強度制約（特にγγおよびVVモード）、軽いヒッグス粒子に対するLEPの制限、およびATLASとCMSによる直接超対称性探索の結果を満たすパラメータ点をスキャンする。
• 微小なOMEGAsを用いてダークマターの残存密度を計算し、XENON100の制限を用いて直接検出断面積を評価する。
• 最軽い中性レプトンの構成（ヒッグスノ、ビノ、ウィノ、シングレチノ）を解析し、その残存密度とスピン不変散乱断面積を評価する。
• ベンチマーク点を選び、詳細に分析する。これにはヒッグス質量スペクトル、結合定数、およびさまざまな生成モード（ggF、VBF）における信号強度を含む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GUTスケールでの一様性制約のもとで、NMSSMが観測された125 GeVのヒッグス粒子が増幅された二光子崩壊断面積を説明できるか？
• RQ2 非一様なヒッグスソフト質量が、123 GeV未満のより軽いCP偶性ヒッグス粒子の存在と検出可能性に与える影響は何か？
• RQ3 NUH-NMSSMにおける最軽い中性レプトンが、WMAPのダークマター残存密度とXENON100の直接検出限界を満たせるか？
• RQ4 大きなλと小さなtanβが、ヒッグスセクターおよびLHCとLEPの制限下でのモデルの妥当性に与える影響は何か？

主な発見

• 124–125 GeVの質量を持つヒッグス粒子が、強力なシングレット-ダブルット混合と木レベルの寄与により、標準模型予測の2.8倍に達するまで二光子信号強度を示すことができる。
• 100–120 GeVの質量を有するより軽いCP偶性ヒッグス粒子（H₁）は、特にM_H₁ > 90 GeVの場合、LHCで検出可能な断面積で生成可能である。
• H₂（125 GeV）における二光子増幅は、M_H₁ > 90 GeVと強く相関しており、軽いヒッグス粒子が増幅を媒介する重要な役割を果たしていることが示唆される。
• 最軽いストップ超対称クォークは105 GeVまで軽量化可能であり、ATLASおよびTevatronの制限と整合的であり、MSSMと比較して微調整が10倍程度低い。
• 最軽い中性レプトンは質量60–90 GeVの混合ヒッグスノ-ビノ-ウィノ-シングレチノ状態であり、WMAPの結果と一致する残存密度を示し、直接検出断面積はXENON100の限界以下から以上まで変動する。
• GUTスケールでは大規模なNMSSM結合定数（λ、κ、h_t ~ O(1)）を有しており、強い動力学的構造の可能性を示唆する。また、完全な一様性からの逸脱は主にm_Hu > m_0に集中している。