[論文レビュー] Higgs Production in Neutralino Decays in the MSSM - The LHC and a Future e+e- Collider

Etera R. Livine, M. Battaglia+1 more|INRIA a CCSD electronic archive server|Dec 31, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 32被引用数 13

ひとこと要約

本稿は、素的MSSM（pMSSM）における中性ノー粒子崩壊によるヒッグス粒子生成を調査し、特に非制約的MSSMのシナリオにおいて、$χ_2^0, χ_3^0 \to hχ_1^0$ 崩壊が、超対称性崩壊チェーン内でのヒッグス粒子生成の主要因であることを示している。$2\times10^8$ 点のpMSSMスキャンとCMSSMとの比較を通じて、LHCが13–14 TeVで関連パラメータ空間の半数以上を探索可能であることが示され、将来の$e^+e^-$衝突機（$\sqrt{s} \geq 1$ TeV）ではヒッグス生成率を約5%の精度で測定可能であることが明らかになった。

ABSTRACT

The search for the production of weakly-interacting SUSY particles at the LHC is crucial for testing supersymmetry in relation to dark matter. Decays of neutralinos into Higgs bosons occur over some significant part of the SUSY parameter space and represent the most important source of $h$ boson production in SUSY decay chains in the MSSM. We study h production in neutralino decays using scans of the phenomenological MSSM. Whilst in constrained MSSM scenarios the decay chi^0_2 -> h chi^0_1 is the dominant channel, this does not hold in more general MSSM scenarios. On the other hand, the chi^0_2,3 -> h chi^0_1 decays remain important and are highly complementary to multi-lepton final states in the LHC searches. The perspectives for the LHC analyses at 8 and 14 TeV as well as the reach of an e+e- collider at 0.5, 1, 1.5 and 3 TeV are discussed.

研究の動機と目的

• pMSSM内における超対称性崩壊チェーン内でのヒッグス粒子生成の主要経路を特定すること。特に中性ノー粒子崩壊による生成を対象とする。
• LHCが8および14 TeVで、pMSSMパラメータ空間全域における中性ノー粒子崩壊による$h$生成に対してどの程度の感度を持つかを評価すること。
• 将来の$e^+e^-$線形衝突機（$\sqrt{s} = 0.5$–3 TeV）が、中性ノー粒子がヒッグス粒子に崩壊する過程を探索する上で、どのように補完的であるかを評価すること。
• 柔軟なpMSSMフレームワークと高い制約を持つCMSSMとの結果を比較し、崩壊モードの優位性における差異を強調すること。
• 将来の$e^+e^-$衝突機で、中性ノー粒子崩壊から生じるヒッグス粒子生成率および質量をどの程度の精度で測定できるかを定量すること。

提案手法

• pMSSMの19自由パラメータを均一にスキャンし、$2\times10^8$ 点を生成。LEP2、Tevatron、フラーバー物理学、およびダークマターの残存密度による制約を適用。
• SUSY質量スペクトルの計算にSOFTSUSY 3.2.3を、中性ノー粒子崩壊の分岐比計算にSDecayを用いた。
• ヒッグス崩壊分岐比にはHDECAY (5.0)を用い、LHCおよび$e^+e^-$衝突機の解析に、検出器レベルのシミュレーションを実装した。
• LHCの4ジェット＋エネルギー未検出（MET）最終状態において、$h \to b\bar{b}$ 崩壊を特定するために、ジェットペアリングおよび二ジェット質量再構成を適用した。
• $e^+e^-$衝突機における二ジェット質量分布への$\chi^2$フィットを実施し、$h$、$Z$、$W$ ボゾンの生成率を抽出。ブレイト・ウィグナーおよびガウス型パラメータ化を用いた。
• LCFIVertexのZVTOPアルゴリズムを用いて、$e^+e^-$衝突機のイベント再構成においてbタグを実施し、信号分離を向上させた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 pMSSMにおいて、どの中性ノー粒子崩壊経路がヒッグス粒子生成を支配しており、CMSSMと比べてどのように異なるか？
• RQ2 LHCが8および14 TeVで、pMSSMパラメータ空間全域にわたり、中性ノー粒子崩壊による$h$生成に対してどの程度の感度を持つのか？
• RQ3 LHCにおける超対称性探索の多レプトン最終状態と比較して、$h$チャンネルはどのように補完的か？
• RQ4 将来の$e^+e^-$衝突機（$\sqrt{s} = 0.5$–3 TeV）が、中性ノー粒子崩壊によるヒッグス生成をどの程度の範囲で探査可能か？
• RQ5 $e^+e^-$衝突機が、中性ノー粒子崩壊から生じるヒッグス粒子に対して、質量で1%未満、生成率で約5%の精度を達成できるか？

主な発見

• pMSSMにおいて、$\tilde{\chi}^0_{2,3} \to h\tilde{\chi}^0_1$ 崩壊が、超対称性崩壊チェーン内でのヒッグス粒子生成の主要因であり、非制約的シナリオでは$\tilde{\chi}^0_2 \to h\tilde{\chi}^0_1$ よりも優位である。
• 13–14 TeVで、電弱的チャージノ・ニュートラルノー粒子対生成経路を通じて到達可能なpMSSM点の半数以上で$h$チャンネルが占める割合が上回っており、広範な発見可能性を示している。
• 8 TeVでは$bb\ell$ + MET最終状態の断面積×分岐比が0.01–1 fbであり、14 TeVでは$M_{\tilde{\chi}^0_{2,3}} \leq 600$ GeVの範囲で約3倍に増加している。
• HL-LHCでは、中性ノー粒子崩壊から生成されるヒッグス粒子の割合を10%未満の統計的精度で測定可能である。
• $\sqrt{s} \geq 1$ TeV、および1.0–3.0 ab$^{-1}$の流束を持つ$e^+e^-$衝突機では、中性ノー粒子崩壊からのヒッグス生成率を約5%の精度で測定可能である。
• 3 TeVの$e^+e^-$衝突機では、二ジェット質量分布へのフィットにより、$h$ボゾンの割合が$0.269 \pm 0.013$と評価され、生成された値$0.290$に近く、正確な再構成が可能であることが確認された。