[論文レビュー] Higgs Properties and Supersymmetry: Constraints and Sensitivity from the LHC to an $e^+e^-$ Collider

B. Bilki, M. Battaglia+4 more|arXiv (Cornell University)|Dec 31, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

本稿は、LHCおよび将来の $e^+e^-$ コライダーにおけるヒッグス boson の質量および結合の高精度測定が、現象的最小超対称標準模型（pMSSM）のパrameter空間をどのように制約するかを調査する。19パラメータのpMSSMパラメータ空間におけるスキャンを用いて、将来の $e^+e^-$ コライダーの測定精度では、妥当なpMSSM点の20%がヒッグス結合測定によって除外されることを示しており、偽スカラー ヒッグス粒子の質量 $M_A$ に対する間接的感度は最大で1.4 TeVに達する。

ABSTRACT

The study of the Higgs boson properties offers compelling perspectives for testing the effects of physics beyond the Standard Model and has deep implications for the LHC program and future colliders. Accurate determinations of the Higgs boson properties can provide us with a distinctively precise picture of the Higgs sector, set tight bounds, and predict ranges for the values of new physics model parameters. In this paper, we discuss the constraints on supersymmetry that can be derived by a determination of the Higgs boson mass and couplings. We quantify these constraints by using scans of the 19-parameter space of the so-called phenomenological minimal supersymmetric Standard Model. The fraction of scan points that can be excluded by the Higgs measurements is studied for the coupling measurement accuracies obtained in LHC Run 2 and expected for the HL-LHC program and $e^+e^-$ colliders and contrasted with those derived from missing transverse energy searches at the LHC and from dark matter experiments.

研究の動機と目的

• 精度の高いヒッグス boson の性質測定から得られる超対称性の制約を評価すること。
• ヒッグス結合測定の感度を、直接的なLHC探索（例：欠落運動量）およびダークマター実験と比較すること。
• 将来の $e^+e^-$ コライダーがpMSSMにおいて偽スカラー ヒッグス粒子の質量 $M_A$ を間接的にどのように探査できるかを定量化すること。
• ヒッグス測定、直接的なSUSY探索、およびフレーバー／DM制約の相互作用が、妥当なpMSSMパラメータ空間を狭めるにあたり果たす役割を評価すること。

提案手法

• 妥当なモデル点を生成するために、19パラメータのpMSSMパラメータ空間におけるスキャンを実施した。
• SUSY寄与によるSM予測からのずれを考慮したヒッグス結合修正係数 $\kappa_i$ を評価した。
• LHCラン2、HL-LHC、および将来の $e^+e^-$ コライダーの異なる実験的精度における、pMSSM点の除外割合を定量化した。
• ヒッグス測定の除外能力を、直接的なSUSY探索（MET）、フレーバー物理学、およびダークマター実験のそれと比較した。
• 実験的精度に加えて、ヒッグス生成および崩壊率における理論的およびパrametric的不確実性を組み込んだ。
• ヒッグス結合のずれを通じた $M_A$ に対する間接的感度を評価し、将来の $e^+e^-$ コライダーでの再構成精度を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 直接的なLHC探索やダークマター実験と比較して、ヒッグス結合測定はpMSSMパラメータ空間をどの程度効果的に制約するか？
• RQ2 将来の $e^+e^-$ コライダーにおけるヒッグス結合測定を通じて、偽スカラー ヒッグス粒子の質量 $M_A$ に対する間接的感度はどの程度か？
• RQ3 SUSY粒子のループ補正（例：$\Delta_b$, $\Delta_t$, $\Delta_\tau$）は、pMSSMにおけるヒッグス結合にどの程度の影響を及えるか？
• RQ4 理論的およびパrametric的不確実性は、新しい物理の文脈におけるヒッグス測定の解釈にどの程度影響を及えるか？
• RQ5 現在の制約をすべて満たすpMSSM点の割合はどの程度で、将来のヒッグス高精度測定によってどの程度さらに削減されるか？

主な発見

• LHCラン2の測定精度では、ヒッグス結合測定により全pMSSMスキャン点の約2%が除外される。
• HL-LHCの測定精度では、ヒッグス測定により全pMSSMスキャン点の約8%が除外される。
• 将来の $e^+e^-$ コライダーの測定精度では、ヒッグス測定により全pMSSMスキャン点の最大20%が除外される。
• フレーバー物理学や直接的なLHCヒッグス探索でまだ除外されていないpMSSM点において、将来の $e^+e^-$ コライダーの測定精度では12%が除外される。
• $M_A$ に対する間接的感度は、LHCラン2で約450 GeVから、HL-LHCで約800 GeVへ、将来の $e^+e^-$ コライダーでは最大で約1400 GeVへ向上する。
• 将来の $e^+e^-$ コライダーでは、ヒッグス結合のSM期待値からのずれに基づき、$M_A$ が700 GeVから1.1 TeVの範囲で相対精度約8%から40%で再構成可能である。