[論文レビュー] Higgs Sector of Non-minimal Supersymmetric Models at Future Hadron Colliders

C. Hugonie, Stefano Moretti|arXiv (Cornell University)|Oct 17, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、将来のハドロン衝突機における非最小的スーパー対称モデル—特にNMSSMおよびnMSSM—における追加のヒッグスボソンの発見可能性を調査する。ユニバーサルなソフトSUSY破れフレームワークを用い、115 GeVのCP不変ヒッグスを仮定すると、シングレット型ヒッグス状態（特にCP不変の$S_r$）はテバトロンおよびLHCで検出可能であり、LHCは600 GeV未満の質量に対して、CP不変のシングレット$S_i$を含め、最大3つのヒッグス状態を観測可能である。

ABSTRACT

We investigate the potential of current and planned hadron colliders operating at the TeV scale in disentangling the structure of the Higgs sector of non-minimal Supersymmetric extensions of the Standard Model with an extra gauge singlet. We assume universality of the soft Supersymmetry breaking terms at the GUT scale as well as a CP-even Higgs boson with mass around 115 GeV, as suggested by LEP. We find that mixing angles between the doublet and singlet Higgs states are always small. However, concrete prospects exist at both the Tevatron (Run II) and the Large Hadron Collider of detecting at least one neutral Higgs state with a dominant singlet component, in addition to those available from a doublet Higgs sector which is similar to the one of the Minimal Supersymmetric Standard Model.

研究の動機と目的

• 将来のハドロン衝突機における非最小的スーパー対称モデルの拡張されたヒッグス系の発見可能性を評価すること。
• 特にCP不変の$S_r$およびCP不変の$S_i$のようなシングレット型ヒッグス状態が、小さな混合角であっても観測可能かどうかを特定すること。
• ユニバーサルなソフトSUSY破れ条件の下で、テバトロン（Run II）およびLHC（14 TeV）がこれらの状態にどれほど感度を持つかを評価すること。
• LEPの結果が示唆するように、弱いゲージボソンへの結合を持つ115 GeVのCP不変ヒッグスが存在する場合、追加のヒッグス状態の可視性にどのような影響を与えるかを検討すること。
• シングレットノ（$\tilde{S}$）への崩壊モードが、シングレット型ヒッグス状態を見えなくするかどうかを検討し、観測可能な崩壊チャネルが支配的かどうかを評価すること。

提案手法

• GUTスケールでのユニバーサルなソフトSUSY破れ項を用いて、NMSSMおよびnMSSMのパラメータ空間を数値的にスキャンする。
• GUTスケールから弱スケールまで、反相関群方程式（RGEs）を解き、物理的質量および結合定数を決定する。
• 二ループ有効ヒッグスポテンシャルの最小化により、真空期待値および物理的ヒッグス質量を計算する。
• 実験的制約の適用、特にLEPによるヒッグス質量および結合定数の制限を含み、弱いゲージボソンへの結合を持つ115 GeVのCP不変ヒッグスを要請する。
• テバトロンおよびLHCにおけるグルーオン融合、ヒッグス・ストラーレン、ベクトルボソン融合、および重いクォーク関連生成による直接ヒッグス生成をシミュレートする。
• イベントレート推定（例：100件以上）を用いて、パラメータ空間全体における各ヒッグス状態の可視性の閾値を決定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CP不変のシングレット型ヒッグス$S_r$は、テバトロン（Run II）およびLHCで検出可能か？また、どのような質量および結合条件の下で検出可能か？
• RQ2 CP不変のシングレット型ヒッグス$S_i$は、テバトロンおよびLHCで可視化可能か？その生成はモデルパラメータにどのように依存するか？
• RQ3 ダブルレットとシングレットヒッグス状態間の混合角が、NMSSMおよびnMSSMにおけるシングレット型ヒッグス状態の検出可能性に与える影響はいかほどか？
• RQ4 シングレットノ（$\tilde{S}$）への崩壊モードが、シングレット型ヒッグス状態の可視性をどれほど抑制するか？また、観測可能な崩壊チャネルが支配的であるか？
• RQ5 LHCは、高輝度および高センター・オブ・マスエネルギーのおかげで、非シングレット状態（$H_u$, $H_d$, $A$）およびシングレット状態（$S_r$, $S_i$）を含む、完全な中性ヒッグススペクトルを解明可能か？

主な発見

• 研究対象のモデルにおいて、ダブルレットとシングレットヒッグス状態間の混合角は常に小さいため、弱い混合が生じている。
• CP不変のシングレット型ヒッグス$S_r$は、質量が約200 GeV未満でかつ結合定数$\lambda$が小さくない場合、テバトロンで検出可能である。
• LHCでは、$S_r$の質量が約600 GeV未満であれば可視であり、NMSSMのパラメータ空間の大部分をカバーする。
• CP不変のシングレット型ヒッグス$S_i$は、LHCでパラメータ空間の顕著な部分で可視であり、特にNMSSMにおいて顕著である。
• LHCは、高いセンター・オブ・マスエネルギーと輝度のおかげで、少なくとも3つの非シングレットヒッグス状態（$H_u$, $H_d$, $A$）を検出すると予想される。
• イベントレートプロットにおける高密度ポイントにもかかわらず、テバトロンでの$S_r$探索がカバーしないパラメータ空間の領域が依然として存在し、$S_r$探索がパラメータ空間全体をカバーしていないことが示唆される。